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“隐蔽式接触”大幅提升光伏效率

2020-03-02 01:44

“隐蔽式接触”大幅提升光伏效率

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不少人可能留意到躺在居民家屋顶上的太阳能面板都是细分成一小块的,而这些网格线实际上就是太阳能电池的金属导体。虽然它们的存在是为了输送电能,但过大的“占地面积”还是使得每单位的太阳能吸收/转化效率打了折扣。不过现在,斯坦福大学的研究人员们已经找到了一种让它们给底层半导体进一步让道的方法,即采用“隐蔽式接触”技术。

穿过金接触层的灰色硅纳米柱,该结构可在太阳能面板上实现不可见/隐蔽式的金属接触。尽管上层金属的接触部分非常薄,但还是占据了太阳能面板表面10%的位置。而斯坦福研究人员所做的,就是找到一种方法来压榨下层半导体与金属接触的空间,使得其对于入射光线来说“近乎隐形”。

为了实现这点,研究人员们在硅片上放置了16纳米厚度的金薄膜导电金属层。尽管金层从肉眼看来几乎是结实的一片,但它实际上布满了整排整行的方形孔洞,并且只覆盖了65%的硅表面,以及平均反射了50%的入射光。

在将这种硅金结构经过氢氟酸和过氧化氢处理之后,金层就会陷入硅衬底,而硅纳米柱则会通过金层薄膜。研究团队将这一化学工艺称作是“隐蔽式接触”,闪亮的黄金会在几秒钟内变成深红色,而硅柱的高度则长到了330纳米。

这项研究报告的主要作者Vijay Narasimhan将纳米硅柱比作了厨房水槽中的滤锅:纳米硅柱一开始凸显,就会将金属网格附近的光以漏斗的形式汇聚到下方的硅衬底。你打开水龙头,并不是所有水都会流入滤器的漏洞。

但如果你在每个漏洞的上方都放上小漏斗,所有的水都会流过,而这就是他们所打造的结构要做到的——纳米硅柱扮演了漏洞的角色,捕捉光并将之导入金属网格的硅衬底。

在经过了一系列的模拟和实验之后,研究团队优化了这一设计,使得将近2/3的表面都被金属所覆盖,反射的损失仅为3%。

该团队表示,这项技术同样能够用在其他半导体材料上,为光电传感器、LED、显示屏和透明电池灯技术开辟出更多的潜能。

《中国科学报》 (2015-12-01 第6版 能源)

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