研究發(fā)現(xiàn)納米微粒有助于太陽能電池捕捉光

　　美國工程師最近發(fā)現(xiàn)，金屬納米顆粒可以大幅提升某些類型太陽電池的性能。加州大學圣地亞哥分校的Ed Yu等人表示，將金納米顆粒沉積在磷化銦磷砷化鎵(InPGaAsP)量子阱結構的太陽能電池上，可將功率轉換效率提升17%，克服了這類組件中光子吸收率及光生電荷載子(photogenerated charge carriers)收集率無法兼顧的問題。

　　制作高效率光伏(photovoltaic)組件的主要障礙之一，是材料本身的損耗會降低太陽電池的功率轉換效率，其中功率轉換效率的定義為落在材料上的太陽輻射量除以電池的輸出功率，因此選擇正確的材料是獲得高效率的關鍵。為了達到高效率，研究人員必須使用高光子吸收率的材料，這意味著含有量子阱的層狀結構厚度必須不低于1 μm，然而厚度一旦超過0.3 μm，又會犧牲掉電荷載子收集率。加大團體成功的關鍵便在于找到化解上述矛盾的方法。

　　Yu指出，位于磷化銦基板上的量子阱區(qū)受到低折射率材料上下包夾，形成平板波導(slab waveguide)，光子會在波導內平行電池表面?zhèn)鬟f，由于經(jīng)過的光徑較長，因此有很高的機率被吸收。這個作法對于較薄的多層量子阱層也管用，而多層量子阱系統(tǒng)可提供較高的光生電荷載子萃取率。此外，他們在太陽電池表面沉積金屬或介電質納米微粒，將光散射至垂直波導的方向，通過提高太陽電池收集的光量，進而提升電流密度和功率的轉換。該團隊表示，這種將光散射入組件內部波導模的概念，可以應用在薄膜光伏材料及任何無法鍍上抗反射膜的組件。

　　高效率量子阱太陽電池非常合適要求高效率、質輕體積小的太空應用。相較于已成熟的多接面串迭型太陽能電池(tandem cells)，量子阱太陽能電池和相關的組件是單接面結構，因此沒有困擾多接面結構的電流匹敵(current-matching)問題，這在應用上是一項優(yōu)點，因為組件承接的太陽輻射量會隨著位置、時間和大氣條件而變。該團隊目前正在尋找低折射更率的基板，以進一步提升補捉光的效率。