前沿科技之等离子体太阳能电池创世界纪录

扫街 · 发表于 2012-3-5 11:29:00

有一篇论文发表于2012年2月2日的《纳米快报》（Nano Letters），题为《广谱增强薄膜非晶硅太阳能电池采用成核银纳米粒子》（Broadband Enhancement in Thin-Film Amorphous Silicon Solar Cells Enabled by Nucleated Silver Nanoparticles），研究人员介绍，他们如何制造薄膜太阳能电池，使绝对效率达到8.1％。

这项研究的进行，借助于维多利亚-尚德先进太阳能设施（VSASF：Victoria-Suntech Advanced Solar Facility），就在斯威本（Swinburne）。这一小组的研究，显着提高了薄膜太阳能技术的效率。

斯威本理工大学教授顾敏（Min Gu）是维多利亚-尚德先进太阳能设施中心主任，他说，薄膜电池激发了极大的研究兴趣，因为很便宜，可以替代笨重的晶硅电池。然而，大大降低厚度的硅层，使它们更难吸收阳光。

“光捕捉技术是最重要的，可以提高薄膜太阳能电池的性能，使它们可与硅电池竞争，”顾敏教授说。“有一个主要的应用潜力，就是这项技术可以覆盖传统的玻璃，使建筑物与摩天大楼供电完全采用阳光。”

维多利亚-尚德先进太阳能设施中心的研究小组一直在提高薄膜电池的效率，他们把黄金和银纳米粒子嵌入电池。这就可以扩大波长范围，吸收阳光，更好地把光子转换成电子。

他们最有效的电池中，研究人员又迈进了一步，采用了所说的成核或“凸凹不平”的纳米粒子。

斯威本理工大学高级研究员贾宝华（Baohua Jia）博士说：“广谱等离子体效应是这个小组令人振奋的发现。它确实是一项合作成果，就是斯威本理工大学和尚德之间的合作，是过去12个月完成的。”

贾宝华博士认为，这项新技术会极大地影响太阳能产业。“我们发现，纳米粒子有凹凸不平的表面，散射光线会更多地进入广谱波长范围。这会带来更大的吸收，从而提高电池的整体效率。

顾敏教授称赞，这么快的时间进度，研究小组就能够取得8.1％的总体效率，但是，他认为仍然有相当大的空间，可以改进电池，转变方式，进行世界能源开发。

“我们进入了迅速发展的轨道，进行我们的研究和开发。按照我们目前的进展速度，我们预计，实现10％的效率，要到2012年年中，”他说。“我们有望实现维多利亚-尚德先进太阳能设施中心的目标，开发的太阳能电池要有两倍的效率，运行只需一半成本，这是对比那些现有的电池。”

顾敏教授说，另一个好处是，采用他们研究小组的方法，纳米集成价格低廉，而且易于升级，因此很容易转移到生产线。

“我们从一开始就一直在使用尚德太阳能电池，所以，应该非常简单就可以集成这些技术，进行大规模生产。我们希望，这些电池到2017年可以进入市场。”

尚德电力CEO施正荣博士说：“我们的小组取得了令人印象深刻的里程碑，这一世界纪录就是最有效的广谱纳米等离子体薄膜太阳能电池。这是重要的一步，表明有望用纳米技术带来下一代太阳能电池。”

他们的论文《广谱增强薄膜非晶硅太阳能电池采用成核银纳米粒子》发表于2012年2月2日的《纳米快报》，文章说，最近，等离子体效应引发了巨大的兴趣，进行太阳能电池的研究，因为它们被认为可以显著提高薄膜太阳能电池的效率。然而，尽管加紧努力，但是，所需的广谱提升是个关键，可以真正带来设备性能改善，现在尚未实现，采用的是简单加工和集成方法，这是太阳能产业所看好的。

“在本文中，我们提出一种新颖的想法，就是使用成核银纳米微粒，有效地散射光线，进入广谱波长范围，实现明显的吸收增强，就是增强硅吸收层。因为不需要临界模式，所以，在实验中，这些量身定制的纳米粒子的取得，只需要简单、低成本和可升级的湿化学合成方法（wet chemical synthesis method），而集成要向着背接触层的非晶硅薄膜太阳能电池。”

这种太阳能电池集成了200纳米的成核银纳米粒子，具有10％的覆盖密度，清楚地显示出广谱吸收增强，以及显著的优越性能，包括14.3％增幅的短路光电流密度，以及23％增幅的能量转换效率，与之相比，随机纹理结构的对照电池没有纳米粒子。测量等离子体太阳能电池，最高效率达到8.1％。这一显著提升，主要归因于广谱光线散射，因为集成了量身定制的成核银纳米粒子。

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