美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的研究人員開發(fā)了一種用于太陽(yáng)能電池的納米級(jí)涂層，使其能夠吸收比未涂層設(shè)備多20%的陽(yáng)光。采用可并入制造技術(shù)的涂層開辟了開發(fā)低成本，高效率太陽(yáng)能電池的新途徑，該太陽(yáng)能電池具有豐富，可再生和環(huán)保的材料。

涂層由數(shù)千個(gè)微小的玻璃珠組成，只有人類頭發(fā)寬度的約百分之一。當(dāng)陽(yáng)光照射到涂層上時(shí)，光波圍繞納米尺度的珠子轉(zhuǎn)向，類似于聲波圍繞彎曲的墻壁(例如倫敦圣保羅大教堂的圓頂)傳播的方式。在這種被稱為聲學(xué)耳語(yǔ)廊的彎曲結(jié)構(gòu)中，站在墻壁一部分附近的人容易聽到源自墻壁任何其他部分的微弱聲音。

十年前開發(fā)了用于光的耳語(yǔ)畫廊，但研究人員最近才探索了它們?cè)谔?yáng)能電池涂層中的應(yīng)用。在由NIST的Dongheon Ha和馬里蘭大學(xué)納米中心的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置中，納米諧振器涂層捕獲的光最終泄漏出來(lái)并被由砷化鎵制成的下層太陽(yáng)能電池吸收。

該團(tuán)隊(duì)使用激光作為光源激發(fā)涂層中的單個(gè)納米諧振器，發(fā)現(xiàn)涂層太陽(yáng)能電池平均吸收的可見光比裸電池多20%。測(cè)量結(jié)果還表明，涂層電池的電流增加了約20%。

Ha表示，這項(xiàng)研究是第一個(gè)使用精密納米尺度測(cè)量來(lái)證明涂層效率的研究。“盡管計(jì)算表明涂層會(huì)增強(qiáng)太陽(yáng)能電池，但在我們開發(fā)出所需的納米級(jí)測(cè)量技術(shù)之前，我們無(wú)法證明這種情況，”他指出。

這項(xiàng)工作在最近一期由Nan，NIST和馬里蘭納米中心的合作者Yohan Yoon以及NIST物理學(xué)家Nikolai Zhitenev撰寫的納米技術(shù)中有所描述。

該團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一種快速，成本較低的應(yīng)用納米諧振涂層的方法。研究人員先前已將半導(dǎo)體材料浸入納米諧振器溶液的桶中進(jìn)行涂覆。浸漬方法需要時(shí)間并且涂覆半導(dǎo)體的兩側(cè)，即使只有一側(cè)需要處理。

在團(tuán)隊(duì)的方法中，納米諧振劑溶液的液滴僅放置在太陽(yáng)能電池的一側(cè)。然后將纏繞的金屬棒拉過電池，展開溶液并形成由緊密堆積的納米諧振器制成的涂層。這是研究人員首次將用于在工廠環(huán)境中涂覆材料的棒法應(yīng)用于砷化鎵太陽(yáng)能電池。

“這是一個(gè)廉價(jià)的過程，與大規(guī)模生產(chǎn)兼容，”哈說(shuō)。