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太阳能电池直径纳米奈米柱的使用增加太阳能电池的光吸收

伯克利国家实验室能源部的科学家们正研制半导体奈米柱太阳能电池的可扩展技术,用于生产成本更低的下一代产品。

在太阳能发电的大规模应用中,使用硅太阳能电池时,成本高往往是一个很大的问题。

硅太阳能电池的效率仍是太阳能电池中最高的

然而,硅太阳能电池仍然是太阳能界效率最高的产品之一。伯克利的科学家们正在奈米柱技术中寻求能提高效率、降低成本的材料来替代传统的硅。

奈米柱,是由密密麻麻的光学活性半导体纳米阵列,可以用比硅少的材料制作。

伯克利实验室的科学家们已投入的一种方法是操纵奈米柱阵列的几何形状,以提高他们的光吸收性能。

这项工作正在由化学家AliJavey带领,他所属的集团将首次展示由他们生产的奈米柱技术,其中半导体材料硫化镉可大规模灵活的模块化生产。

在这个工作的最新进展是,奈米柱能吸收与传统薄膜太阳能电池一样多甚至更多的光线,但其使用的半导体材料更少,而不需要增透膜的生产。

双直径结构

该奈米柱的高吸收率是由一种新型的双直径结构达成的。它的特点是直径60纳米厚小触头可达到最小反射率,从而获得更多的光线。还有一个130纳米厚的大触头,也用于最大化光的吸收量。

“这种双重直径结构可以吸收99%的可见光,与之相比早期的奈米柱相同长度和直径的奈米柱只能吸收85%的可见光。”Javey先生解释道。

这种双直径奈米柱增加了光吸收量,同时只用了不到一半的类似太阳能电池所要求的薄膜材料制成的半导体材料。它们也只需要硅太阳能电池所需材料的百分之一。

新的奈米柱是用2.5毫米厚的氧化铝做的铝箔模具。制作过程中,应用了两步阳极氧化工艺,来创建一个微米深孔排列。黄金粉末被放入孔内催化奈米柱。

这一过程使研究人员能够更好地控制奈米柱阵列的几何形状。据Javey先生说,这个制造技术是非常通用的,可以广泛地应用到许多其他的半导体上。

这项研究部分经费来自美国国家科学基金会的集成纳米机械系统中心,还有部分来自伯克利实验室LDRD资金。

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