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蚀刻图 案能大幅降低太阳能电池硅用量

日期:2012-7-3
高纯度 的硅占据了传统太阳能电池阵列总成本的40%,因此研 究人员长久以来一直在寻找可最大化太阳能电池输出功率,同时降 低硅用量的途径。现在,麻省理工学院(MIT)的研究 团队找到了一种可降低硅厚度的新途径,可在保 持电池高效的基础上,最高变薄90%,从而降 低薄膜太阳能电池的制造成本。相关研 究报告发表在近期出版的《纳米快报》杂志上。
该校机 械工程系的研究人员称,这一途 径的秘密在于蚀刻在硅表面的微型倒金字塔图案。他们使 用了两束重叠的激光束,以便在 沉积于硅之上的光刻胶的表面生成特别的微小刻痕。经过几个中间步骤后,氢氧化 钾可溶解未被光刻胶覆盖的表面部分,从而在 材料表面产生希望获得的金字塔图案。这些微小的刻痕,每个都 不足百万分之一米,却能够像厚度为自身30倍的固 体硅表面一样有效地捕获光线。这种可 有效提升薄膜太阳能电池效能的新方法有望作用于任意的硅基电池。
科学家表示,如果能 够大幅降低太阳能电池中硅的用量,就能显 著降低电池的生产成本。但问题是,当电池 被打造得很薄时,其吸收 阳光的能力将随之降低。不过,新方法 却能克服这一问题。被研究小组称为“倒转纳米金字塔”的表面刻痕,能大大 增加光的吸收量,而表面面积只会增加70%,从而限 制了表面复合现象的发生。表面复 合是指半导体少数载流子在表面消失的现象。半导体 表面具有很强的复合少数载流子的作用,同时也 使得半导体表面对外界的因素很敏感,这也是 造成半导体器件性能受到表面影响很大的根本原因。
基于新方法获得的10微米厚 晶体硅能够达到和30倍厚的 传统硅片近似的光吸收量。这不仅 能够减少太阳能电池中昂贵的高纯度硅用量,还能减轻电池的重量,并因此 节约所需的电池用料,有效降 低薄膜太阳能电池的材料成本和安装成本。此外,新技术 所使用的设备和材料也是现有硅芯片处理标准零件,因此无 需更新制造设备,从而使 制造的难度大幅降低,更加便于实施和操作。
迄今为止,研究团 队只进行了制造新型太阳能电池的第一步,即基于 硅片生产了具有图案的表面,并借助 俘获的光线证实了它的效能提升,下一步 则需要增加组件以生产真实的光伏电池,并证明 它的能效可与传统太阳能电池相媲美。现今最 佳的商用硅基太阳能电池的转化效率为24%,而科学 家期望新途径能够实现约为20%的能量转换效率,但这仍 需进一步的实验进行检验。如果一切顺利,新系统 可在不远的未来实现商用化,制造出 更经济的薄膜太阳能电池,而超薄 的设计也将使其应用范围更加广泛。(来源:科技日报)
 
 

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