膜硅光伏电池光吸收率创新纪录

近日，荷兰和英国科学家借助一种纳米纹理结构，使薄膜硅光伏电池变得不透明并因此增强了其吸收太阳光的效率。实验结果表明，采用新方法设计出来的薄膜电池能吸收65%的阳光，是迄今薄硅膜表现出的最高光吸收率，接近约70%的理论吸收极限，有望催生柔性、轻质且高效的硅光伏电池。研究发表在《美国化学学会·光子学》杂志上。

硅太阳能电池效率高，且原材料为地球上储量丰富的硅，被认为是高效的光伏技术。但它们需要用到厚、硬、重的晶圆，因此用武之地有限。使用薄膜能将硅的使用量降低99%，并使电池更轻且坚固耐用，很容易地集成到城市建筑物甚至小型日常设备内。但薄硅膜只能吸收25%的太阳光。鉴于此，荷兰原子分子国立研究所（AMOLF）、英国萨里大学和帝国理工学院的研究人员对其进行了改进。

研究人员解释说，他们利用新方法设计出的纳米结构表面有一种超均匀分布图案，可将直射太阳光限定于一个角度范围内，从而将更多光捕获在硅膜内。被捕获的光越多，被吸收的几率也越大。研究显示，超均匀分布图案能更好地限定太阳光的入射角度，使更多太阳光被吸收。

此外，将太阳光捕获到薄硅内面临两大关键挑战：太阳光包含多种颜色，而硅膜的尺寸有限，且硅对每种颜色光的吸收能力不一样。研究发现，表面镀有金字塔形状且图案尺寸与光的波长类似的厚硅太阳能电池能解决这一问题。

最新研究负责人表示：“我们估计1微米厚的碳—硅电池的光电转化效率可达到20%以上，这是柔性轻质碳—硅光伏电池的重大突破。研究还发现，高效薄硅电池可由低品质的硅制成，如此可降低净化原硅的能源需求，并缩短能源回收时间。”

研究人员指出，尽管这种高效薄膜电池距离应用还有一段距离，但超均匀图案薄膜光伏电池极具潜力。