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从上面看,一片硅已经被纹理化,具有一系列微小的倒金字塔形状,如此小,以至于它们对应于光的波长并且可以有效地捕获光波图像:Anastassios Mavrokefalos通过使用蚀刻的微小倒金字塔图案麻省理工学院的工程师们在硅片表面找到了一种新技术,用于制造硅太阳能电池,可以像传统固体硅一样有效地捕获光线,并将所用硅的厚度减少90%以上。高纯度硅可以达到40传统太阳能电池阵列总成本的百分比 - 因此研究人员长期以来一直寻求最大限度地提高功率输出,同时最大限度地减少硅的使用现在,麻省理工学院的一个团队发现了一种可以将硅的厚度减少90%以上的新方法仍然保持高效率的秘密在于蚀刻在硅表面的微小倒金字塔图案这些微小的压痕,每个不到百万分之一米,可以像传统的30倍厚的固体硅表面一样有效地捕获光线。新的研究结果在麻省理工学院博士后Anastassios Mavrokefalos,陈刚教授的论文“纳米快报”中有报道。麻省理工学院机械工程系的其他三位博士后和研究生“我们看到我们的方法是提高薄膜太阳能电池的性能,”Mavrokefalos说,但它实际上适用于任何硅电池“它会增强效率,无论厚度如何,“他说,扫描电子显微镜观察硅晶片图案表面的横截面,揭示由麻省理工学院研究人员开发的新技术创造的金字塔状压痕的形状图片来源:Anastassios Mavrokefalos该论文的合着者,研究生Matthew Branham说:“如果能够大幅减少太阳能电池中的硅含量......你可能会对生产成本产生很大影响问题是,当你做得很薄时,它也不会吸收光线“太阳能电池的操作有两个基本步骤:首先,一个入射的光粒子被称为光子的光子进入并被材料吸收,而不是从其表面反射或直接通过第二,当光子被吸收时,电子从原子中被抛出,然后需要通过电线进入它们可被利用的电线产生电流,而不仅仅是被其他原子捕获不幸的是,大多数努力增加薄晶硅捕获光子的能力 - 例如通过在表面上形成一层微小的硅纳米线 - 也大大增加了材料的表面区域,增加电子在被利用之前在表面重新组合的可能性新方法避免了这个问题微小的表面压痕 - 团队称之为倒置纳米锥“ - 大大增加光吸收,但表面积仅增加70%,限制表面复合使用这种方法,一片厚度仅为10微米(百万分之一米)的晶体硅可以像传统的那样有效地吸收光硅片30倍厚度Mavrokefalos解释说,这不仅可以减少制造太阳能电池所需的昂贵,高度纯化的硅的数量,而且还可以减少电池的重量,从而减少框架和支撑所需的材料他说,潜在的成本节约不仅“在电池材料中,而且在安装成本上”,此外,Mavrokefalos及其同事开发的技术使用的设备和材料已经是硅片加工的标准部件,因此不需要新的制造机械或化学品“这很容易制造,”Mavrokefalos说,但它“攻击大问题”为了创造微小的凹痕,研究人员使用两组重叠的激光束在一层材料(称为光刻胶)上产生非常微小的孔,这些孔沉积在硅的顶部。这种干涉光刻技术可扩展到大面积。在中间步骤中,使用称为氢氧化钾的化学物质溶解掉未被光致抗蚀剂覆盖的部分表面 硅的晶体结构导致这种蚀刻过程在表面产生所需的金字塔形状,Mavrokefalos说到目前为止,该团队只是迈出了制造新型太阳能电池的第一步,在硅晶片上产生了图案化的表面并证明其在捕获光中的改进下一步将是添加组件以生产实际的光伏电池,然后表明其效率可与传统太阳能电池相媲美。期望新方法应产生大约的能量转换效率。 20% - 相比目前最好的商用硅太阳能电池的24% - 但这仍有待在实践中证明陈,电力工程的Carl Richard Soderberg教授和麻省理工学院Pappalardo微纳米工程实验室主任说,如果一切顺利好吧,该系统可能会在不久的将来导致商业产品陈说,这个想法是在一个之后发展起来的在计算机模拟中分析各种可能的表面配置,并找到显示最大潜在性能改进的安排但是世界上许多团队正在寻求一系列方法来使用不同的材料,制造方法和配置来改善太阳能电池的性能“选择胜利者很难,”他说,但这种方法有很大的希望“我们非常乐观,这是一种可行的方法”,斯坦福大学材料科学与工程副教授易翠说这项工作“非常令人兴奋的结果......这项工作的潜在实际影响可能很大,因为它为光子管理提供了有效的结构,可以实现薄电池“Cui说,因为硅材料的费用”对太阳能电池的成本有很大贡献,“开发能够有效吸收光子的薄硅太阳能电池“非常重要降低成本“这项工作也涉及博士后Sang Eon Han和Selcuk Yerci,得到了美国能源部的Sunshot计划和国家科学基金会的支持资料来源:David Chandler,麻省理工学院新闻办公室图片: