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APL:“蛾眼”启发高效太阳能电池新思路

图片说明:蛾眼结构图。
(图片来源:Peng Jiang)
 
 
太阳能电池的效率较低是影响其应用的关键因素之一,也是全世界科学家迫切期待解决的一道难题。华人科学家的一项最新研究,在硅材料上模拟了飞蛾眼睛不反光的结构特性,从而为解决由光线反射造成的太阳能电池效率损失开辟了新的思路。这篇题为“Broadband moth-eye antireflection coatings on silicon”的论文发表在近期的《应用物理快报》(APL)上。
 
进行该项研究的是美国佛罗里达大学的Peng Jiang、Chih-Hung Sun以及波特兰州立大学的Bin Jiang。Peng Jiang表示,太阳能电池的低效率部分是由硅材料的反射性造成的,而目前的一些防反射涂层并不十分理想。在较窄的波长范围(500nm—800nm)之外,日光(波长为400nm—1400nm)的反射损失会大大增加。
 
研究人员的最新灵感来自于飞蛾的眼部结构——一个个“鼓包”的依序排列让整个眼睛几乎不反光。尽管这是飞蛾自然进化出的防御夜间敌人的手段,但如果将其应用于太阳能电池,就有可能会大大增强光线的吸收。研究表明,新手段可以让硅片对光线的反射少于2%,而没有涂层时,这一数字为35%—40%。
 
通过将悬浮有纳米颗粒的液体置于硅片上,并令硅片旋转,纳米颗粒就会按照他们构造的“蛾眼”模板分散开来。Jiang表示,“该过程中纳米颗粒的排列是自组装的。”研究人员表示,这种方法不但在技术上容易实现,而且成本较低。这是当前的防反射涂层所面临的两大主要问题。
 
Peng Jiang认为,下一步的方向应该是制造工艺以及设计上的改进。“新方法目前只能在单晶硅片上实现,我们希望将其扩展到多晶硅上。”(科学网 任霄鹏/编译)
 
(《应用物理快报》(APL),92, 061112 (2008); DOI:10.1063/1.2870080,Chih-Hung Sun, Peng Jiang, and Bin Jiang)

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