以下是如何用铟和磷制造高效太阳能电池:首先,在半导体背景上排列微小的金斑。以金作为晶种,用化学调配的铟和磷化合物生长出高度约为1.5微米的精确排列的线状结构。用盐酸蚀刻并将其直径限制在180纳米,使纳米线保持排列。(一纳米是十亿分之一米。) 采用这种纳米线的太阳能电池暴露在阳光下,可以将近14%的入射光转化为电能——这是一个新的记录,为廉价高效的太阳能开辟了更多可能性。
根据在线发表于《科学》杂志的研究——并在德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所得到验证——这种新型纳米线配置产生的电能几乎与更传统的磷化铟 薄膜太阳能电池相当,即使纳米线本身仅覆盖了器件表面积的12%。 领导这项研究的瑞典隆德大学物理学家 Magnus Borgström 认为,这表明,如果该工艺能够实现工业化,这种纳米线太阳能电池可能会更便宜、更强大。
这项前景始于新型半导体——铟和磷的组合,它可以吸收太阳光的大部分光线(这种特性被称为其带隙)。 Borgström 说:“现在我们吸收了带隙以上 71% 的光,我们肯定可以提高这个比例。”
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关键在于更精细地控制纳米线本身的生长以及对组成化合物的化学调整。 同时,新型电池可以被构建成所谓的多结太阳能电池——复合器件,它像三明治一样分层结合了几种不同类型的半导体材料,以尽可能多地吸收阳光中的能量。 这种多结电池已将阳光中超过 43% 的能量转化为电能——目前,这是世界上最高效率的光伏器件。
这种多结太阳能电池也是最昂贵的光伏类型,但可以通过将它们与低成本透镜结合使用,将阳光集中到较小版本的电池上,从而降低成本。 Borgström 个人认为,一旦生产过程能够简化,例如将来通过应用简单的加热和蒸发技术来生长纳米线,纳米线太阳能电池将能够独立存在。 他解释说:“一旦可以生长大面积结构,就不再需要聚光了。”
互动设计:Krista Fuentes。 欧柏林学院光伏阵列照片由 Robb Williamson 提供