金字塔结构和扁平结构 新纳米金字塔结构将太阳能电池发电量提升2.5%

2018-11-29 - 金字塔结构

目前,太阳能电池采集效率低是普遍存在的问题,学术界很多研究学者针对这一问题提出多种备选方案。

如耶鲁大学研究团队利用"硅藻"这种材料及其捕光能力来提升有机太阳能电池的转换效率;加州大学伯克利分校的研究团队则采用培育出的细菌作为高效转换光能的材料;而加州理工学院的工程师则是利用纳米光子操作技术和热电技术开发出了一种光探测器,以此提升太阳能采集的效率。近日,针对这一问题,上海交通大学太阳能研究所沈文忠教授及其团队也借助纳米技术给出了自己的研究解决方案。

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研究团队指出:由于地球的自转和公转,太阳光对太阳电池器件的入射角在不同季节和一天的不同时刻都是不一样的,一般随着入射角的增大,反射光损失会越严重。

所以基于这一思考,研究团队表示通过解决角度问题,可以提高太阳电池器件捕获的光子数量,从而有效的提升太阳能电池的发电量。

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同时,研究团队还指出,虽然目前可以采用追光系统解决这一问题,但是采用该系统需要付出高昂的成本。故而成本因素也是需要考虑的。面临上述两项挑战,研究团队利用全溶液法在太阳能电池表面制备出硅纳米金字塔结构阵列,以此大大削弱太阳能电池减反能力对入射角的依耐性,提高全天候和全年性捕获太阳光子的能力。

金字塔结构和扁平结构 新纳米金字塔结构将太阳能电池发电量提升2.5%
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值得注意的是,在纳米结构材料的选择上,纳米线、纳米孔、纳米锥都具有优越的宽角度减反性能,但这里为什么选择纳米金字塔结构呢?

研究发现,除了纳米金字塔结构,其他的纳米结构材料都具有较大的比表面积,因此容易引发严重的表面载流子复合损失,从而导电性能会大打折扣,而这种纳米金字塔结构材料在拥有优越的光学特性的同时具有较低的载流子复合特性。此外,目前也存在纳米金字塔绒面制作方法,但是,现有的方法成本高昂且制作方法复杂,不利于在太阳能电池生产线上推广和使用。

针对这一问题,在纳米金字塔材料的制作上,研究团队采用自己提出的金属辅助碱刻蚀方法来制备硅纳米金字塔绒面。这是一种全溶液制备过程,制作过程简单而且成本低廉,并且与现有生产线兼容。

据悉,研究团队在上海用这种新型太阳能电池进行了实验。结果表明,在发电量上,这种电池比传统太阳能电池最高可增加2.5%。

经过一系列的改善,无论是从技术本身还是生产成本需求,这种纳米金字塔绒面电池都是同类电池中优选,它可以全方向性保持优越电池性能,实现了更高的发电量。

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