目前, 太陽能電池採集效率低是普遍存在的問題, 學術界很多研究學者針對這一問題提出多種備選方案.
如耶魯大學研究團隊利用 '矽藻' 這種材料及其捕光能力來提升有機太陽能電池的轉換效率;加州大學伯克利分校的研究團隊則採用培育出的細菌作為高效轉換光能的材料;而加州理工學院的工程師則是利用納米光子操作技術和熱電技術開發出了一種光探測器, 以此提升太陽能採集的效率. 近日, 針對這一問題, 上海交通大學太陽能研究所沈文忠教授及其團隊也藉助納米技術給出了自己的研究解決方案.
研究團隊指出: 由於地球的自轉和公轉, 太陽光對太陽電池器件的入射角在不同季節和一天的不同時刻都是不一樣的, 一般隨著入射角的增大, 反射光損失會越嚴重.
所以基於這一思考, 研究團隊表示通過解決角度問題, 可以提高太陽電池器件捕獲的光子數量, 從而有效的提升太陽能電池的發電量.
同時, 研究團隊還指出, 雖然目前可以採用追光系統解決這一問題, 但是採用該系統需要付出高昂的成本. 故而成本因素也是需要考慮的. 面臨上述兩項挑戰, 研究團隊利用全溶液法在太陽能電池表面製備出矽納米金字塔結構陣列, 以此大大削弱太陽能電池減反能力對入射角的依耐性, 提高全天候和全年性捕獲太陽光子的能力.
值得注意的是, 在納米結構材料的選擇上, 納米線, 納米孔, 納米錐都具有優越的寬角度減反性能, 但這裡為什麼選擇納米金字塔結構呢?
研究發現, 除了納米金字塔結構, 其他的納米結構材料都具有較大的比表面積, 因此容易引發嚴重的表面載流子複合損失, 從而導電性能會大打折扣, 而這種納米金字塔結構材料在擁有優越的光學特性的同時具有較低的載流子複合特性. 此外, 目前也存在納米金字塔絨面製作方法, 但是, 現有的方法成本高昂且製作方法複雜, 不利於在太陽能電池生產線上推廣和使用.
針對這一問題, 在納米金字塔材料的製作上, 研究團隊採用自己提出的金屬輔助堿刻蝕方法來製備矽納米金字塔絨面. 這是一種全溶液製備過程, 製作過程簡單而且成本低廉, 並且與現有生產線相容.
據悉, 研究團隊在上海用這種新型太陽能電池進行了實驗. 結果表明, 在發電量上, 這種電池比傳統太陽能電池最高可增加2.5%.
經過一系列的改善, 無論是從技術本身還是生產成本需求, 這種納米金字塔絨面電池都是同類電池中優選, 它可以全方向性保持優越電池性能, 實現了更高的發電量.
