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纳米线阵列助力光伏电池拓宽可吸取光的波长范围

编辑: 来源: solarzoom 发表时间: 2012-07-02 已浏览 字号:

 

光伏发电科研人员都想尽可能地利用更宽波长范围的太阳光以获取最大转换效率。但是,他们仅仅利用了一小部分的太阳能,浪费了时间和金钱。因此,他们将氮化铟镓看作是未来组成光伏系统的宝贵材料。
  科研人员通过改变铟的浓度来调整其响应,使其可以在更宽的波长范围内吸取太阳能。  通过对系统作更多的设计变化,其可以吸取更多的太阳光谱,从而提高太阳能电池的效率。但是现在光伏行业所常用的硅材料,在该波长范围内是受限的,不能吸取该波长范围的太阳光。

有一个问题:氮化铟镓是三族氮材料系的一部分,主要生长在氮化镓薄膜上。由于氮化镓原子层和氮化铟镓原子层有不同的晶格间距,位错导致了结构应变,限制了层的厚度和所能添加的铟的百分比含量。
  因此,增加铟的百分比含量可以拓宽可以吸取的太阳光谱范围,但是却降低了材料容忍应变的能力。
  圣地亚国家实验室的研究人员Jonathan Wierer Jr.和 George Wang在《纳米技术》杂志中称,如果铟混合物生长在纳米线方阵中,而不是平整的表面上,那么纳米线的小的表面积可以使铟壳层沿着每根线部分松弛,从而释放应变。
  这种松弛作用启发科研人员制造出一种铟含量为33%左右的纳米线太阳能电池。这比任何已报道过的三族氮太阳能电池的铟含量都要高。
  最初的做法是将吸取基能从2.4eV降低到2.1eV,这也是迄今为止三族氮太阳能电池中最低的,由此扩大了可以进行光电转换的波长范围。
  该电池的光电转换效率很低,只有0.3%,而目前的商业化电池效率一般都在15%左右。但是,目前的结果只是发生在还未完善的纳米线阵列模板上,完善后的电池可以拥有更高的效率和更低的吸取基能。
  一些独特的技术被用来生产三族氮纳米线阵列太阳能电池。首先是在氮化镓薄膜上覆盖一层硅溶胶,然后是干、湿刻蚀工艺,最后得到的阵列是垂直于侧壁和具有统一高度的纳米线。
  接下来,包含高铟百分比含量的氮化铟镓壳层通过金属有机化学气相沉积在氮化镓模板上形成。最后,In0.02Ga0.98N以引起纳米线合并的方式生长。该工艺在顶部形成了一个树冠层,促进了简单的平面加工,使得该技术具有可制造性。
  Wierer说,虽然规模不大,但是该结果为三族氮太阳能电池的研究提出了一条光明的前进之路。纳米结构不仅提高了氮化铟镓里铟的百分比含量,并且通过氮化铟镓树冠层里的光散射提高了光吸取。此外,还增大了孔隙,能引导光线穿过纳米线阵列。

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