硅薄膜上刻出微型納米柱，就像森林中的樹木，光線進(jìn)入其中，會反彈幾次，這就增加了光子吸收機(jī)會，



示意圖：方案中的硅納米柱構(gòu)型的薄膜太陽能電池。來源：電機(jī)及電子學(xué)工程師聯(lián)合會（IEEE）

當(dāng)今世界的一個主要挑戰(zhàn)是能源危機(jī)。需求高供應(yīng)低的化石燃料正在抬高油價(jià)和食品價(jià)格。硅基太陽能電池是最有前途的技術(shù)之一，可以產(chǎn)生清潔的可再生能源。使用這些設(shè)備，只需轉(zhuǎn)換一小部分陽光，就是每天照在地上的陽光，轉(zhuǎn)化成電能，就可大幅削減社會對化石燃料的依賴。然而，不幸的是，高擋硅晶體需要非常謹(jǐn)慎的制造工藝，帶來的結(jié)果是高昂的生產(chǎn)成本，這就成了主要障礙，妨礙它走向商業(yè)化。

有一種方法可以降低這些太陽能電池的生產(chǎn)成本，就是沉積層狀硅，沉積到更便宜的基板上，比如塑料或玻璃基板。但是，這種方法有一個缺點(diǎn)：硅薄膜具有較低的發(fā)電轉(zhuǎn)換效率，不如塊狀硅晶體，因?yàn)樗鼈冎晃蛰^少的光線，而且包含更多的缺陷。新加坡科學(xué)技術(shù)與研究局（A*STAR）微電子研究所的帕特里克•羅（Patrick Lo）和同事們，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種方法，可以提高功率轉(zhuǎn)換效率，把硅薄膜沉積在廉價(jià)基質(zhì)上。

低擋硅薄膜有一個內(nèi)在的問題：它們無法吸收的光子，波長大于薄膜厚度。例如，標(biāo)準(zhǔn)的800納米厚的薄膜，可捕捉短波長的藍(lán)光，但會完全漏掉波長較長的紅光。“為了降低材料成本，提高光效，訣竅就是捕捉更多的光子，包括那些中等波長的光子，”帕特里克•羅說。

有一種方法可以捕獲更多的光子，就是在硅薄膜上刻出微型硅柱，這些硅柱有幾百納米大小，就在硅片表面（見圖片）。帕特里克•羅解釋說，硅納米柱就像森林中的樹木，光線進(jìn)入其中，就不容易出來。“光照在表面，會反彈幾次，沿著或進(jìn)入這些柱子，之后才穿透底部的平坦表面，”他說。“每一次彈跳運(yùn)動，都會增加光子吸收機(jī)會。”

帕特里克•羅和同事們使用電腦模擬，確定最佳配置，引導(dǎo)電荷流出充滿缺陷的硅薄膜。他們發(fā)現(xiàn)，每個柱子的上半部分都可以做得極其導(dǎo)電，只需引入大量摻雜劑。帕特里克•羅和同事們現(xiàn)在正在使用這些實(shí)用的指導(dǎo)，設(shè)計(jì)一種樣機(jī)，根據(jù)就是這種獨(dú)特的概念。“使用納米結(jié)構(gòu)是一種很好的方式，可以開辟道路，克服傳統(tǒng)物理學(xué)設(shè)置的局限，”他說。

更多信息：http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5419081