奈米矽球殼能提升太陽電池效率
- 上線日期：2012/3/19 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家發展出一種新技術，利用矽製成的奈米球殼(nanoshell)結構來提升薄膜太陽電池材料的吸光效率。由於入射光會受困在奈米矽殼中，形成迴音廊(whispering gallery)模態，因此光吸收效率可望提高。此技術不僅適用於矽，也能推廣至其他材料，將有助於製作效能更高的光伏元件。
奈米矽晶薄膜(nanocrystalline silicon)具有良好的導電性質，又能承受強烈的日照，可惜光吸收效率偏低，不然就是理想的光伏材料。為了提高矽晶薄膜的吸光效率，通常會鍍上多道吸光層以增加吸收的光子數量，然而此過程既費時又花成本。
史丹佛大學的Yi Cui等人所研發的奈米矽殼此時便派上用場。他們先以二氧化矽製作出大小為50 nm的奈米球，然後再鍍上一層矽薄膜。接著以氫氟酸蝕掉中心的二氧化矽，留下外圍的矽殼層。中空的結構使入射光能因全反射而被侷限在矽殼層中，並以共振頻率環繞空腔，形成迴音廊模態。
Cui表示，要製作出吸光效率相同的微米級矽薄膜需耗費數小時，相形之下，奈米矽殼的製作快速多了，其光吸收頻譜也比較寬。在材料的用量上，製作奈米矽殼的材料僅需薄膜的1/20，因此可大幅降低成本；對於以其他較稀少且較貴的材料(如碲或銦)製作的薄膜電池，這種能節省用料的奈米球殼技術尤其重要。此外，此奈米矽殼不會因彎曲扭轉而損壞，而且其吸光能力幾乎不受光入射角度的影響。
研究人員目前正在努力以此技術製作實用的電池元件，並嘗試推廣至其他應用類型，如太陽能燃料電池以及光子偵測器等。詳見Nature Communications 3, 664 (2012)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/48595
譯者:莫偉呈(茂迪太陽能)
責任編輯:蔡雅芝
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