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    美研制出增強薄膜太陽能電池吸光技術
    發布時間:2012/2/4 15:52:56


    據英國《自然》雜志網站近日報道,盡管薄膜太陽能電池應用廣泛,但其也有“先天不足”:薄膜越薄,制造成本越低,但當其變得更薄時,會失去捕光能力。美國科學家表示,當薄層厚度等于或小于可見光的波長時,其捕光能力會變得很強。科學家們可據此研制出厚度僅為現在商用薄膜太陽能電池厚度的1%、但捕光能力卻大有改善的薄膜太陽能電池。
    科學家們用射線—光極值這一理論最大捕光值來標識一種材料最多能捕獲多少光線,但是,只有當材料具有一定的厚度時,才能達到這一峰值。目前,科學家們已經制造出了吸光層的厚度僅為0.1納米的薄膜太陽能電池,但這樣纖細的薄膜會漏掉很多光。

    然而,現在,加州理工學院應用物理和材料科學教授哈里·阿特沃特和同事在最新一期《納米快報》雜志上指出,他們找到了一種巧妙的方法,使薄層能幫助太陽能電池超越射線—光極值。他們發現,當薄層的厚度小于可見光的波長(400到700納米)時,薄層會同這些可見光的波特性相互作用而不是將可見光看成一條直直的射線。阿特沃特說:“當我們制造出的薄層厚度等于或小于可見光的波長時,一切規則都改變了。”這樣,一種材料的吸光能力不再取決于厚度,而取決于光線和吸收材料之間的波作用。

    通過計算和計算機模擬,阿特沃特團隊證明,讓一種材料對光更有“胃口”的技巧在于,制造出更多“光態”讓光來占領,這些“光態”就像狹縫一樣,能吸收特定波長的光。一種材料的“光態”數量部分取決于該材料的折射率,折射率越高,其能支持的“光態”就越多。

    其實,早在2010年,斯坦福大學的教授范汕洄(音譯)和同事就將“光態”數確定為一種材料能吸入多少光線的主要因素。他們用一種折射率較高的材料將一種折射率低的材料包圍,結果發現,高折射率材料的出現能有效提高低折射率材料的折射率,增強其捕光能力。

    阿特沃特團隊對上述結論進行了延伸,最新研究表明,薄膜吸光器內擠滿 “光態”會大大增強其捕光能力。而且,可通過幾種方式(比如,用金屬或晶體結構包住吸光層或將吸光器嵌入一個更復雜的三維陣列中)來提高吸收器的有效折射率。范汕洄表示:“最新研究表明,我們可以采用多種不同的方法有效地突破射線—光極值。”

    美國托萊多大學的羅伯特·柯林斯表示,阿特沃特團隊的研究是“非常關鍵的第一步”。但他也認為,這項技術還面臨著諸多挑戰,比如,需要額外的工業過程來制造這些超薄的薄膜,這會導致成本增加。


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