降低太阳能电池成本新法

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高纯度硅占电池总成本多达四成,如何用最少量的硅发挥最高效率,成为太阳能电池制备的重中之重。美国工程院院士、麻省理工学院机械工程系教授陈刚的研究小组找到了一种新方法,可以在保持高效率的同时,将硅片的厚度减少90%以上。

 

图为美国工程院院士、麻省理工学院机械工程系教授陈刚

 

图为美国工程院院士、麻省理工学院机械工程系教授陈刚。2012年7月7日,他被南方科技大学聘为首届顾问委员会委员。

硅太阳能电池的工作原理可分为两大步:第一步是吸收射入光子,第二步是激发自身电子。很多研究团队提出了增加硅晶体吸收光子能力的方法,但这些方法同时使其自身表面积增加,从而导致被激发的电子有可能被重新“复合”到硅板之中。

陈刚领导的研究小组则将硅晶体表面的结构定制为“倒金字塔”型,每个倒金字塔型压槽的直径不超过1微米。这种特殊的“织物”结构仅仅使超薄硅晶体的表面积增加70%,光子吸收能力却堪比30倍厚的传统硅晶体。相关研究论文发表于2012年6月的《纳米快报》(NanoLetters)杂志,论文第一作者为陈刚研究组的博士后AnastassiosMavrokefalos。

 

这种特殊的“织物”结构仅仅使超薄硅晶体的表面积增加70%,光子吸收能力却堪比30倍厚的传统硅晶体。

 

这种特殊的“织物”结构仅仅使超薄硅晶体的表面积增加70%,光子吸收能力却堪比30倍厚的传统硅晶体。

图片来源:论文第一作者、陈刚研究组的博士后AnastassiosMavrokefalos

这项技术在保证硅晶体效率的前提下大大削减了高纯度硅的使用量。它不仅有望大幅度减少生产成本,而且会减轻电池自重,从而进一步减小用于支撑和安装的费用。同时,制备这种新型晶不需要任何现有硅晶片以外的新设备和新材料,将来容易实现规模生产。

研究团队的下一步是配上真正的光电电池并证明其效率。陈刚对麻省理工学院新闻办公室表示,如果一切顺利,该系统有望在不久的将来开发出商用产品。

斯坦福大学材料科学与工程系副教授崔屹对陈刚及其同事的此项研究评价颇高。他说,这是一种太阳能电池薄膜吸收光子的有效结构,“具有非常可观的潜在应用价值”。

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