纳米谐振器涂层使太阳能电池更高效

时间:2018-4-17 15:00:44  来源:材料科技在线

      插图显示的是纳米谐振器涂层,它由数千个沉积在太阳能电池上的微小玻璃珠组成。这种涂层不仅能够增强太阳能电池对太阳光的吸收,还能增大太阳能电池产生的电流量。图片来源:美国国家标准和技术研究所的K. Dill, D. Ha, G. Holland提供。


      美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员开发了一种纳米级太阳能电池涂层,这种涂层能够使太阳能电池设备多吸收20%的阳光。该涂层可采用现有制造技术生产,这为开发大量、具有可再生功效和低成本高效能的太阳能电池开辟了新的道路。


      这种涂层由数千个微小的玻璃珠组成,每个小珠子的直径只有人类头发宽度的百分之一。当太阳光照射到涂层上时,光波就会围绕着纳米级玻璃珠转动传播,其有些类似于声波围绕着类似伦敦圣保罗大教堂的圆顶那样的弯曲墙壁传播的方式。在这种弯曲的结构(称为声波回音廊)中,站在特定范围墙壁附近的人很容易就能听到来自墙壁其他任意部分的微弱声音。


      这种光线传播的“回音廊”现象是大约在十年前被发现的,但研究人员最近才开始研究它们在太阳能电池涂层中的应用。在由NIST的Dongheon Ha以及马里兰大学的纳米中心团队合作设计的实验装置中,他们发现由纳米谐振器涂层捕获的光最终会漏出并被下面的由砷化镓制成的太阳能电池所吸收。


      研究团队发现,使用激光作为光源激发涂层中的单个纳米谐振器,有涂层的太阳能电池比没有涂层的太阳能电池平均可以多吸收20%的可见光。测量结果还显示:涂层电池产生的电流量也增加了大约20%。


      Dongheon Ha说:“这项研究工作是目前为止首例使用精密纳米尺度测量来展示涂层效率的。虽然之前有计算表明涂层可以提高太阳能电池的性能,但是直到我们开发出这种可用的纳米级测量技术后,我们才有力的证明了这种情况确实是存在的。”


      NIST的Dongheon Ha和物理学家Nikolai Zhitenev,以及马里兰大学纳米中心的合作者Yohan Yoon将他们的这项研究成果发表在最新一期的“Nanotechnology”杂志上。


       该团队还设计了一种应用纳米谐振器涂层的快速,低成本的方法。研究人员之前是将半导体材料浸泡在纳米谐振器溶液的桶中进行涂覆。不过这种浸渍涂覆法需要时间去涂覆半导体的两面,即使其只有一面需要处理。


      在该团队开发的新方法中,他们将纳米谐振器溶液的液滴仅涂覆在太阳能电池的一侧。然后将缠绕了丝线的金属棒拉过电解槽,铺展在溶液中,并进而形成由紧密堆积的纳米谐振器制成的涂层。这是研究人员首次应用卷棒法(卷棒法是使用了一个多世纪的古老技术)将材料涂覆在砷化镓太阳能电池上。


      “这个加工过程成本低廉,并且可以进行大规模生产制造。”Dongheon Ha说。