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纳米级涂层使太阳能电池能够吸收20%以上的阳光

2019-04-08 16:07:30来源:

美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员开发了一种用于太阳能电池的纳米级涂层,使其能够吸收比未涂层设备多20%的阳光。采用可并入制造技术的涂层开辟了开发低成本,高效率太阳能电池的新途径,该太阳能电池具有丰富,可再生和环保的材料。

涂层由数千个微小的玻璃珠组成,只有人类头发宽度的约百分之一。当阳光照射到涂层上时,光波围绕纳米尺度的珠子转向,类似于声波围绕弯曲的墙壁(例如伦敦圣保罗大教堂的圆顶)传播的方式。在这种被称为声学耳语廊的弯曲结构中,站在墙壁一部分附近的人容易听到源自墙壁任何其他部分的微弱声音。

十年前开发了用于光的耳语画廊,但研究人员最近才探索了它们在太阳能电池涂层中的应用。在由NIST的Dongheon Ha和马里兰大学纳米中心的团队设计的实验装置中,纳米谐振器涂层捕获的光最终泄漏出来并被由砷化镓制成的下层太阳能电池吸收。

该团队使用激光作为光源激发涂层中的单个纳米谐振器,发现涂层太阳能电池平均吸收的可见光比裸电池多20%。测量结果还表明,涂层电池的电流增加了约20%。

Ha表示,这项研究是第一个使用精密纳米尺度测量来证明涂层效率的研究。“尽管计算表明涂层会增强太阳能电池,但在我们开发出所需的纳米级测量技术之前,我们无法证明这种情况,”他指出。

这项工作在最近一期由Nan,NIST和马里兰纳米中心的合作者Yohan Yoon以及NIST物理学家Nikolai Zhitenev撰写的纳米技术中有所描述。

该团队还设计了一种快速,成本较低的应用纳米谐振涂层的方法。研究人员先前已将半导体材料浸入纳米谐振器溶液的桶中进行涂覆。浸渍方法需要时间并且涂覆半导体的两侧,即使只有一侧需要处理。

在团队的方法中,纳米谐振剂溶液的液滴仅放置在太阳能电池的一侧。然后将缠绕的金属棒拉过电池,展开溶液并形成由紧密堆积的纳米谐振器制成的涂层。这是研究人员首次将用于在工厂环境中涂覆材料的棒法应用于砷化镓太阳能电池。

“这是一个廉价的过程,与大规模生产兼容,”哈说。