美國研究人員開發(fā)出一種新型
太陽能電池技術(shù)，這種
太陽能電池可通過在
鋁箔上生長直立的納米柱來制成，將整個電池封裝在透明的膠狀
聚合物內(nèi)后就能制作出可
彎曲的太陽能電池，成本低于傳統(tǒng)的
硅太陽能電池。
領(lǐng)導(dǎo)此項研究的美國加州大學(xué)電氣工程和計算機(jī)科學(xué)教授阿里·杰威表示，與傳統(tǒng)硅和
薄膜電池相比，納米柱技術(shù)可使研究人員使用更為廉價和低質(zhì)的材料。更重要的是，該技術(shù)更適于在薄
鋁箔上制作出可卷曲的
太陽能電池板，從而降低了制造成本。一旦獲得成功，其生產(chǎn)成本將可低至
單晶硅太陽能板的1/10。
這種太陽能電池是通過將統(tǒng)一的500納米高的
硫化鎘嵌入碲化鎘
薄膜中制成的，這兩種材料均是
薄膜太陽能電池中經(jīng)常使用的半導(dǎo)體。杰威及其同事在《自然·材料》上發(fā)表的報告稱，此種電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的效率可達(dá)6%。此前，也有科學(xué)家使用了這種
立柱設(shè)計思想，但其方法較為昂貴，且
光電轉(zhuǎn)換效率不到2%。
在傳統(tǒng)太陽能電池中，硅吸收光并產(chǎn)生自由電子，這些電子必須在受困于材料的缺陷或雜質(zhì)前到達(dá)電路。這就要求使用極為純凈、昂貴的
晶體硅來制造高效
光伏裝置。
納米柱就承擔(dān)了硅的職責(zé)，納米柱周圍的材料吸收光并產(chǎn)生電子，納米柱將其運(yùn)送到電路。這種設(shè)計以兩種方式來提高效率：緊
密封裝的納米柱捕捉柱間的光，幫助周圍的材料吸收更多的光；電子以非常短的距離穿越納米柱，因此沒有太多的機(jī)會受困于材料的缺陷。這意味著可以使用低質(zhì)量的廉價材料。
有科學(xué)家使用不同的納米結(jié)構(gòu)來制作這種太陽能電池。比如，哈佛大學(xué)化學(xué)教授查爾斯·里波爾研發(fā)了一種包含硅芯和同心硅層各異的納米線；加州大學(xué)伯克利分校的楊培東則開發(fā)出了帶有
氧化鋅納米線的
染料敏化太陽能電池。這些納米線太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到了4%。
杰威及其同事制作的納米柱電池首次使用經(jīng)氧化處理的鋁箔，創(chuàng)建出呈周期性分布的200納米寬小孔，這些小孔作為硫化鎘晶體直立生長的模板。然后，對碲化鎘和頂端電極飾以銅和金的薄膜。它們通過一塊
玻璃板和電池相連，或是將其頂端投入聚合物溶液使其彎曲。
喬治亞理工學(xué)院的材料學(xué)和工程學(xué)教授王中林評價說，將
納米材料工程設(shè)計與制造柔性可彎曲高效太陽能電池的各種軟基板技術(shù)集成在一起，這是一個令人興奮的進(jìn)展。美國國家
可再生能源實驗室負(fù)責(zé)太陽能電池研究的物理化學(xué)家阿瑟·諾茲克則表示，這種電池要與由硅、碲化鎘和其他材料制成的柔性薄膜太陽能電池進(jìn)行競爭，其賣點可能不在于其柔性，而是成本優(yōu)勢。
目前，研究人員正在探索使用可提高轉(zhuǎn)換效率的材料。例如，頂端的銅—金層現(xiàn)在僅有50%的
透明度，如果可讓所有的光都透過，其效率就可增加一倍。因此，研究人員正計劃使用像氧化銦這樣的透明
導(dǎo)電材料。另外，利用其他半導(dǎo)體材料作為納米柱及其周圍材料也在研究人員的考慮之中，這樣的制作工藝能適于更廣范圍的半導(dǎo)體材料，其他材料組合亦可能會提高效率，更重要的一點則是可以避免鎘的毒性問題。
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