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納米尺度調整太陽能電池

鉅大LARGE  |  點擊量:900次  |  2019年08月22日  

太陽能電池要更有效,而且生產成本更低:歐盟項目N2p(納米到產品)的研究人員開發出納米調整的表面,可滿足這兩個方面。


太陽有足夠能量,給整個地球供應能源。但只要可再生能源更昂貴,超過煤電或核電廠生產的能源,太陽能就不會是第一選擇。在歐洲,光伏電池正在消失,是份額很小的可再生能源。


英國,瑞士和德國研究人員的目標是降低成本,提高效率。這一N2p項目的協調方是德國德累斯頓(Dresden)弗勞恩霍夫材料和光束技術研究所(FraunhoferInsTItuteforMaterialandBeamTechnology)。在這里,研究人員開發的工藝,可提高吸收質量,使太陽能電池吸收一種看不見但很重要的部分陽光,就是紅外光(infraredlight)。傳統的太陽能電池幾乎沒有利用這一波長。它的大部分都穿過電池,散失了。消除納米結構表面的硅片,在太陽能電池背面,使用化學蝕刻工藝,變成“鏡子”,把紅外線反射回電池中。


把透明導電氧化物沉積薄膜太陽能電池的玻璃表面,可以擴散光線,光束在電池中穿過更長的路徑,就會產生更多的電子。


由于光線被玻璃分散,它們就有更長的通路穿過硅電池,從而產生更多的電流。到目前為止,研究人員能夠提高效率30%,這是對比標準薄膜太陽能電池的效率而言。


這些研究人員來自瑞士納沙泰爾(Neuchatel)洛桑聯邦理工學院(EpFL:EcolepolytechniqueFederaledeLausanne),透明正在研究薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電池一方面很多優點:生產它們消耗較少的原料和能源,這是對比生產普通太陽能電池而言。此外,它們收回投資需要的時間較短。另一方面它也有一個缺點:目前,它們的效率大約比傳統太陽能電池低40%。只有7%的陽光可以被利用。


為了最大限度地提高陷光效果(lighttrappingeffect),他們采取了相反的做法:他們用粗糙的玻璃表面制備薄膜太陽能電池。這樣做是為了擴散光線。光束有更長的路徑通過電池,就會產生更多的電子。


為了使上部表面變粗糙,洛桑聯邦理工學院西爾維•尼古拉(SylvainNicolay)博士沉積了一層晶體,就是所謂的透明導電氧化物,就沉積在玻璃上。“有較大的納米級金字塔(nanosizedpyramids),就會有較高的擴散,”他說。現在,薄膜太陽能電池的效率從7%提高到10%。


這種納米晶體,尼古拉博士是使用了,但開發者是英國曼徹斯特的索爾福德大學(UniversityofSalford)。直到最近,這種納米晶體還不得不從日本進口,這就使生產這種太陽能電池很昂貴。現在,科學家正在測試的晶體是他們自己開發的。目的是使生產它們更便宜,從而大大降低成本。


每種單一方法改進太陽能電池,都只能產生很小的變化,影響它們的效率。但是結合這兩者,這種納米尺度調整的太陽能電池將更有競爭力,大大超過過去的模塊。


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