光电转换率最高可达100% 新型太阳能电池研发成功

加州理工学院近日研发出了一种新的太阳能电池,其基本原理是将细长的硅线阵列嵌入聚合物基板中。除了纤薄可弯曲外,它对太阳光的吸收和光电转换效率方面都取得了极大地突破。此外,和传统太阳能电池所需要的昂贵的半导体材料量相比,这种新型太阳能电池仅需要一小部分。

应用物理学及材料学教授Harry Atwater和Howard Hughes表示:“这些太阳能电池首次突破了传统的吸光材料的光捕获极限。”新型太阳能电池所采用的硅线阵列对单一波长的入射光的吸收率高达96%,对全波长阳光的捕获率可达85%。

光电转换率最高可达100% 新型可卷曲太阳能电池研发成功

Atwater指出:“许多材料对光线的捕获能力很好,但是却无法转换成电能,比如黑涂料。对于太阳能电池来说,吸收的光子能否转换为电荷载子(charge carrier)也非常重要。”而他们研发的硅线阵列太阳能电池则可以将所吸收光子的90%至100%转换为电子。从技术上讲,这种阵列拥有几近完美的内部量子效率(internal quantum efficiency)。

Atwater总结说:“对光的高吸收率和较好的转换能力成就了这种太阳能电池的高质量。”

硅线阵列中的硅线长度在30至100微米(micron)之间,直径仅为1微米。整个阵列的厚度相当于硅线的长度,但是从面积或体积角度来看,这种材料中只有2%才是硅,其它98%都是聚合物。由于硅是传统太阳能电池中一种很昂贵的成分,所以这种只需要传统所需量1/50的太阳能电池投产的成本将低很多。

光电转换率最高可达100% 新型可卷曲太阳能电池研发成功

我记得原来的转换率最高是40%,现在提高了一倍,而且材料成本低廉了很多,不知对未来十年对生活和经济有什么影响?太阳能发电有没有可能大规模应用?自家楼顶上铺太阳能板自给自足?甚至是传说中的太阳能汽车?

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自然杂志刊载的原文: Enhanced absorption and carrier collection in Si wire arrays for photovoltaic applications

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