在鋁箔上生長(zhǎng)納米柱可制造太陽(yáng)能電池

美國(guó)研究人員開(kāi)發(fā)出一種新型太陽(yáng)能電池技術(shù)，這種太陽(yáng)能電池可通過(guò)在鋁箔上生長(zhǎng)直立的納米柱來(lái)制成，將整個(gè)電池封裝在透明的膠狀聚合物內(nèi)后就能制作出可彎曲的太陽(yáng)能電池，成本低于傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池。 　　領(lǐng)導(dǎo)此項(xiàng)研究的美國(guó)加州大學(xué)電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授阿里·杰威表示，與傳統(tǒng)硅和薄膜電池相比，納米柱技術(shù)可使研究人員使用更為廉價(jià)和低質(zhì)的材料。更重要的是，該技術(shù)更適于在薄鋁箔上制作出可卷曲的太陽(yáng)能電池板，從而降低了制造成本。一旦獲得成功，其生產(chǎn)成本將可低至單晶硅太陽(yáng)能板的1/10。
　　這種太陽(yáng)能電池是通過(guò)將統(tǒng)一的500納米高的硫化鎘嵌入碲化鎘薄膜中制成的，這兩種材料均是薄膜太陽(yáng)能電池中經(jīng)常使用的半導(dǎo)體。杰威及其同事在《自然·材料》上發(fā)表的報(bào)告稱(chēng)，此種電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的效率可達(dá)6%。此前，也有科學(xué)家使用了這種立柱設(shè)計(jì)思想，但其方法較為昂貴，且光電轉(zhuǎn)換效率不到2%。
　　在傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池中，硅吸收光并產(chǎn)生自由電子，這些電子必須在受困于材料的缺陷或雜質(zhì)前到達(dá)電路。這就要求使用極為純凈、昂貴的晶體硅來(lái)制造高效光伏裝置。
　　納米柱就承擔(dān)了硅的職責(zé)，納米柱周?chē)牟牧衔展獠a(chǎn)生電子，納米柱將其運(yùn)送到電路。這種設(shè)計(jì)以兩種方式來(lái)提高效率：緊密封裝的納米柱捕捉柱間的光，幫助周?chē)牟牧衔崭嗟墓猓浑娮右苑浅６痰木嚯x穿越納米柱，因此沒(méi)有太多的機(jī)會(huì)受困于材料的缺陷。這意味著可以使用低質(zhì)量的廉價(jià)材料。
　　有科學(xué)家使用不同的納米結(jié)構(gòu)來(lái)制作這種太陽(yáng)能電池。比如，哈佛大學(xué)化學(xué)教授查爾斯·里波爾研發(fā)了一種包含硅芯和同心硅層各異的納米線；加州大學(xué)伯克利分校的楊培東則開(kāi)發(fā)出了帶有氧化鋅納米線的染料敏化太陽(yáng)能電池。這些納米線太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到了4%。
　　杰威及其同事制作的納米柱電池首次使用經(jīng)氧化處理的鋁箔，創(chuàng)建出呈周期性分布的200納米寬小孔，這些小孔作為硫化鎘晶體直立生長(zhǎng)的模板。然后，對(duì)碲化鎘和頂端電極飾以銅和金的薄膜。它們通過(guò)一塊玻璃板和電池相連，或是將其頂端投入聚合物溶液使其彎曲。
　　喬治亞理工學(xué)院的材料學(xué)和工程學(xué)教授王中林評(píng)價(jià)說(shuō)，將納米材料工程設(shè)計(jì)與制造柔性可彎曲高效太陽(yáng)能電池的各種軟基板技術(shù)集成在一起，這是一個(gè)令人興奮的進(jìn)展。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)太陽(yáng)能電池研究的物理化學(xué)家阿瑟·諾茲克則表示，這種電池要與由硅、碲化鎘和其他材料制成的柔性薄膜太陽(yáng)能電池進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，其賣(mài)點(diǎn)可能不在于其柔性，而是成本優(yōu)勢(shì)。
　　目前，研究人員正在探索使用可提高轉(zhuǎn)換效率的材料。例如，頂端的銅—金層現(xiàn)在僅有50%的透明度，如果可讓所有的光都透過(guò)，其效率就可增加一倍。因此，研究人員正計(jì)劃使用像氧化銦這樣的透明導(dǎo)電材料。另外，利用其他半導(dǎo)體材料作為納米柱及其周?chē)牧弦苍谘芯咳藛T的考慮之中，這樣的制作工藝能適于更廣范圍的半導(dǎo)體材料，其他材料組合亦可能會(huì)提高效率，更重要的一點(diǎn)則是可以避免鎘的毒性問(wèn)題。