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芬兰研究黑硅太阳能电池获突破 转换率提高至 22.1%
发表时间:2015-05-30      作者:大连连城数控机器股份有限公司

          


太阳能电池要提升效率,最好能一直正对阳光的来向,但要做到这点,就得安装追着太阳跑的定日装置,所费不赀又会增加系统复杂性,于是材料科学家想到另一个办法,就是开发出表面奈米结构有如剑山一般的特殊硅材料,这样一来不管阳光从哪个角度来都能吸收,这种材料也因此看起来特别黑,称之为“黑硅”(Black silicon)。

黑硅听起来是个好主意,不仅解决角度问题,还能省下抗反射涂层的成本,但是实际开发却没有当初预想到的好效果,主要原因是光子在硅晶太阳能电池结构中打出电子与电洞以后,有一定的机率电子会结合回去而没有产生电力,此现象称之为光生载流子复合(carrier recombination),而这个现象的发生率与硅晶的表面积成正比,可以想见,由于黑硅的剑山结构表面积超大,其载流子复合损失率高得离谱,过去实验结果损失高达5 成,使得黑硅的转换效率反而低于一般太阳能电池。

为了减少这样的无谓损失,芬兰阿尔讬大学的研究团队,想到在黑硅的表面上增加一层铝薄膜,以抑制光生载流子复合的现象,将原本5 成的损失率降至只有4%,此外也整合所有金属接点于太阳能电池背面,以增加受光面积,在测试中,这个新结构提升了黑硅太阳能电池转换效率将近4%,达22.1%,创下黑硅太阳能电池的纪录。

虽然离硅晶太阳能电池的转换率纪录还有差距,不过研究团队认为,黑硅在实际应用时,由于更能利用傍晚倾斜的阳光,因此整天下来的发电表现会更好,另一方面,研究团队也认为目前的表现并非黑硅的最高潜力,未来找出更佳的结构方式与材料组合,还能再进一步提升转换率。

阿尔讬大学的新发现,让黑硅概念咸鱼翻身,也提醒了人类,太阳能电池在技术上还有许多待进一步探勘的领域。

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