納米線技術(shù)使光伏電池吸收光波長范圍增大

光伏發(fā)電科研人員都想盡可能地利用更寬波長范圍的太陽光以獲取最大轉(zhuǎn)換效率。但是，他們僅僅利用了一小部分的太陽能，浪費了時間和金錢。因此，他們將氮化銦鎵看作是未來組成光伏系統(tǒng)的寶貴材料。

科研人員通過改變銦的濃度來調(diào)整其響應(yīng)，使其可以在更寬的波長范圍內(nèi)吸收太陽能。

通過對系統(tǒng)作更多的設(shè)計變化，其可以吸收更多的太陽光譜，從而提高太陽能電池的效率。但是現(xiàn)在光伏行業(yè)所常用的硅材料，在該波長范圍內(nèi)是受限的，不能吸收該波長范圍的太陽光。

有一個問題：氮化銦鎵是三族氮材料系的一部分，主要生長在氮化鎵薄膜上。由于氮化鎵原子層和氮化銦鎵原子層有不同的晶格間距，位錯導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)應(yīng)變，限制了層的厚度和所能添加的銦的百分比含量。

因此，增加銦的百分比含量可以拓寬可以吸收的太陽光譜范圍，但是卻降低了材料容忍應(yīng)變的能力。

圣地亞國家實驗室的研究人員Jonathan Wierer Jr.和 George Wang在《納米技術(shù)》雜志中稱，如果銦混合物生長在納米線方陣中，而不是平整的表面上，那么納米線的小的表面積可以使銦殼層沿著每根線部分松弛，從而釋放應(yīng)變。

這種松弛作用啟發(fā)科研人員制造出一種銦含量為33%左右的納米線太陽能電池。這比任何已報道過的三族氮太陽能電池的銦含量都要高。

最初的做法是將吸收基能從2.4eV降低到2.1eV，這也是迄今為止三族氮太陽能電池中最低的，由此擴(kuò)大了可以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的波長范圍。

該電池的光電轉(zhuǎn)換效率很低，只有0.3%，而目前的商業(yè)化電池效率一般都在15%左右。但是，目前的結(jié)果只是發(fā)生在還未完善的納米線陣列模板上，完善后的電池可以擁有更高的效率和更低的吸收基能。

一些獨特的技術(shù)被用來生產(chǎn)三族氮納米線陣列太陽能電池。首先是在氮化鎵薄膜上覆蓋一層硅溶膠，然后是干、濕刻蝕工藝，最后得到的陣列是垂直于側(cè)壁和具有統(tǒng)一高度的納米線。

接下來，包含高銦百分比含量的氮化銦鎵殼層通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積在氮化鎵模板上形成。最后，In0.02Ga0.98N以引起納米線合并的方式生長。該工藝在頂部形成了一個樹冠層，促進(jìn)了簡單的平面加工，使得該技術(shù)具有可制造性。

Wierer說，雖然規(guī)模不大，但是該結(jié)果為三族氮太陽能電池的研究提出了一條光明的前進(jìn)之路。納米結(jié)構(gòu)不僅提高了氮化銦鎵里銦的百分比含量，并且通過氮化銦鎵樹冠層里的光散射提高了光吸收。此外，還增大了孔隙，能引導(dǎo)光線穿過納米線陣列。