究人员开发了一种纳米级的太阳能电池涂层将光与回音壁的光学版相结合

2019-10-15 17:47:14

美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员用光学版的回音壁捕捉光线,它为太阳能电池开发了纳米级涂层,使它们能够比未涂层的设备吸收约20%的阳光。该涂层采用了可以整合到制造中的技术,为开发低成本,高效率的太阳能电池开辟了一条新途径,该太阳能电池具有丰富的,可再生的和环保的材料。

涂层由成千上万个微小的玻璃珠组成,大约只有人发宽度的一百分之一。当阳光照射到涂层上时,光波将围绕纳米级磁珠转向,这类似于声波在弯曲的墙壁(例如伦敦圣保罗大教堂的圆顶)中传播的方式。在这样的弯曲结构中,被称为耳语回音壁,站立在墙的一部分附近的人很容易听到源自墙的任何其他部分的微弱声音。

窃窃私语的光画廊大约在十年前就已开发出来,但是研究人员直到最近才探索它们在太阳能电池涂层中的用途。在由NIST的Dongheon Ha和马里兰大学的NanoCenter组成的团队设计的实验装置中,纳米谐振器涂层捕获的光最终泄漏出并被砷化镓制成的下方太阳能电池吸收。

研究小组发现,使用激光作为光源激发涂层中的各个纳米谐振器,涂层的太阳能电池吸收的可见光平均比裸电池多20%。测量结果还表明,被覆电池产生的电流增加了约20%。

Ha说,这项研究是首次使用精密的纳米级测量来证明涂层的效率。他说:“尽管计算表明该涂层会增强太阳能电池的性能,但直到我们开发出所需的纳米级测量技术后,我们才能证明情况确实如此。”

Ha,NIST的合作者Yohan Yoon和马里兰州的NanoCenter以及NIST物理学家Nikolai Zhitenev 在最近一期的《纳米技术》中描述了这项工作。

该团队还设计了一种快速,成本更低的纳米谐振器涂层涂覆方法。研究人员此前曾通过将其浸入纳米谐振器溶液的桶中来涂覆半导体材料。浸入法需要时间并涂覆半导体的两面,即使只有一面需要进行处理。

在该团队的方法中,纳米谐振器溶液的液滴仅放置在太阳能电池的一侧。然后将线绕的金属棒拉过电池,使溶液散开并形成由紧密堆积的纳米谐振器制成的涂层。这是研究人员第一次将棒法应用于砷化镓太阳能电池,这种方法已有一个多世纪的历史了,用于在工厂设置材料。

哈说:“这是一种廉价的工艺,并且可以批量生产。”

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