鉅大LARGE | 點擊量:1269次 | 2020年04月10日
黑硅太陽能光伏儲能電池
太陽能電池將太陽光譜中的3/4的能量轉換成電能,其中在標準太陽能電池中紅外光譜則完全丟失了。與此相反,黑硅太陽能電池是重要為吸收此部分光譜而特別設計,而且科研人員最近已經成功將其整體效率翻倍。
太陽能從一個深藍色的天空中照耀下來,然后屋頂太陽能電池將太陽能轉換為電能。但是,并不是所有的光都轉換為了電能,其中有1/4左右的太陽光譜由紅外輻射組成,這部分光并不能被標準太陽能電池轉換為電能,因此這部分熱輻射就丟失了。一種解決該問題的方法是使用黑硅,這種材料可以吸收照射到它的幾乎全部的太陽光,包括紅外輻射,然后將其轉換為電能。但是這種材料是如何生產的呢?“黑硅是在含硫的大氣環境中,通過使用飛秒激光脈沖照射標準硅生產出來的。”弗勞恩霍夫海因里希赫茲研究所(HHI)--纖維光學傳感系統項目組--“能量轉換納米材料”科研小組的負責人StefanKontermann博士解釋說。“這樣構成的表面,并且將硫原子集成到硅晶格中,使得處理過的材料顯現黑色。”假如生產商使用黑硅來制造太陽能電池,那么太陽能電池就可利用全太陽能光譜,從而顯著提高電池效率。
HHI的科研人員現在正努力使黑硅太陽能電池翻倍,換句話說,他們已經創造出了可以利用紅外光譜生產更多電能的電池。“我們通過修改用來輻射硅的激光脈沖的形狀來實現上述目標。”Kontermann說。這就使科學家解決了黑硅的一個關鍵問題:在正常硅中,紅外光沒有足夠的能量去激發電子到導電帶中并將其轉換為電能,但是含硫的黑硅形成了一種中間層。你可以將其比作爬墻:第一次你失敗了,因為墻太高,但是第二次你成功了,因為使用中間層你可以分兩步爬墻。但是,在硫中這種中間層并不僅僅讓電子爬墻,它還可以反向工作,使導電帶中的電子通過中間層躍至背部,這使得電能又一次丟失。通過修改驅使硫原子進入原子晶格的激光脈沖,科研人員能改變晶格中三個原子的位置,并且改變他們的層高度,也就是他們的能級。“我們使用激光脈沖來改變嵌入的硫,是為了將能攀登的電子數目最大化,同時將能返回的的電子數目最小化。”Kontermann總結說。
在項目的第一階段,科學家修改了激光脈沖,并且調研了是怎么樣改變黑硅的特性,以及黑硅太陽能電池的效率的。現在他們正在致力于使用不同形狀的激光脈沖,并且分析是怎么樣改變硫的能量級的。在未來,他們希望一個算法系統可以自動確定為了達到最優的效率應該怎么樣修改激光脈沖。“定制化的光脈沖”項目是“365PlacesintheLandofIdeas”競賽的獲勝者之一,頒獎典禮將于2012年十月十一日在戈斯拉爾舉辦。
科研人員已經成功建造了黑硅太陽能電池的雛形,下一步他們試圖將電池與商業化技術相結合。“我們希望結合黑硅的使用,能將商業化太陽能電池的效率提高1個百分點,目前商業化效率大約為17%。”Kontermann說。他們的起點是標準的商業化太陽能電池:專家簡單地將背板去除,然后將黑硅合并為電池的一部分,從而創造了一個包含常態硅和黑硅的串聯太陽能電池。科研人員正計劃一個副產品:出售激光系統,生產商將能夠拓展他們已有的太陽能電池生產線。生產商將可以自己生產黑硅,并且將其置入標準電池當中。