改善太陽能電池效率 利用藍(lán)光光盤最新奇

　　藍(lán)光光盤可以被重新利用做成壓模來增加太陽能電池的效率。本周《自然—通訊》在線發(fā)表的一項(xiàng)研究利用了藍(lán)光光盤上半隨機(jī)的納米結(jié)構(gòu)——按照特定邏輯隨機(jī)排列的凹點(diǎn)與凸點(diǎn)能夠近乎完美地捕捉光線。

　　自然界中很多生物利用半隨機(jī)的納米結(jié)構(gòu)操控光線，但是人們最近才認(rèn)識到這種結(jié)構(gòu)的重要性并考慮把它用于工程應(yīng)用上。然而制造這些半隨機(jī)圖案往往成本昂貴，這成為其廣泛應(yīng)用的阻礙。

　　美國埃文斯頓西北大學(xué)的黃嘉興和研究團(tuán)隊(duì)在用于儲存信息的藍(lán)光光盤上找到了適合管理光子的半隨機(jī)納米結(jié)構(gòu)。研究者發(fā)現(xiàn)無論這些光盤上儲存了什么信息，它們的結(jié)構(gòu)都很適合吸收和操控整個(gè)陽光光譜的光線。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，研究者使用了一盤《警察故事3：超級警察》的藍(lán)光DVD碟片作為聚合物太陽能電池的壓模。和沒有進(jìn)行圖案壓模的太陽電池相比，這樣得到的半隨機(jī)納米結(jié)構(gòu)太陽能電池表現(xiàn)出了更好地吸收整個(gè)陽光光譜的能力和光電轉(zhuǎn)換效率。

　　因?yàn)樗{(lán)光光盤的制造已經(jīng)大規(guī)模化，這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以提供一個(gè)具有成本效益的制造光子管理和光線捕獲設(shè)備的方法，從而改善太陽能電池和其他光電器件的性能。

　　盤點(diǎn)影響太陽能電池效率的因素

　　影響太陽能電池效率主要有電學(xué)損失和光學(xué)損失。光學(xué)損失主要是表面反射、遮擋損失和電池材料本身的光譜效應(yīng)特性。電量轉(zhuǎn)換損失來源包括載流子損失和歐姆損失。太陽光之所以有很少的百分比轉(zhuǎn)換為電能，原因歸結(jié)于不管是哪一種材料的太陽能電池都不能將全部的太陽光轉(zhuǎn)換為電流。晶體硅太陽電池的光譜敏感最大值沒有與太陽輻射的強(qiáng)度最大值完全重合。在光能臨界值之上一個(gè)光量子只產(chǎn)生一個(gè)電子—空穴對，余下的能量又被轉(zhuǎn)換為未利用的熱量。由于光的反射， 陽光中的一部分不能進(jìn)入電池中。 隨溫度升高，在 P-N 結(jié)附近的厚度減少，從而電池的轉(zhuǎn)換效率就會(huì)下降， 所以電池的轉(zhuǎn)換效率在冬季要高于炎熱的夏天。

　　目前提高太陽能電池效率的措施有如下幾個(gè)方面：

　　1.尋找光電轉(zhuǎn)換新材料——研究人員發(fā)現(xiàn)， 像氮化銦這類半導(dǎo)體，它的禁帶比原先認(rèn)為的明顯要小， 低于 0.7 eV。這一發(fā)現(xiàn)表明，以含有銦、鎵和氮的合金為基礎(chǔ)的光電池將對所有太陽光譜的輻射——從近紅外到紫外都靈敏。

　　2.太陽能電池加工工藝革新——一般工業(yè)晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為14%~16%， 而采用新的激光加工技術(shù)能提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

　　3.最大功率點(diǎn)跟蹤——最大功率跟蹤 （maximu power point tracking，MPPT ）是并網(wǎng)發(fā)電中的一項(xiàng)重要的關(guān)鍵技術(shù)，是指控制改變太陽電池陣列的輸出電壓或電流的方法使陣列始終工作在最大功率點(diǎn)上，根據(jù)太陽電池的特性，目前實(shí)現(xiàn)的跟蹤方法主要有恒壓法、功率匹配電路、曲線擬合技術(shù)、微擾觀察法和增量電導(dǎo)法。

　　4.聚光技術(shù)——使用聚光光學(xué)元件形成聚光光伏電池，極大提高光電轉(zhuǎn)換效率、減小電池使用面積，同時(shí)由于小尺寸電池可以利用現(xiàn)有集成電路制作工藝來加工，從而使太陽能光伏發(fā)電總體成本大幅度降低。聚光是降低光伏電池利用總成本的一種措施。通過聚光器使較大面積的陽光聚在一個(gè)較小的范圍內(nèi)形成“焦斑 ”或“焦帶” ，并將光伏電池置于“焦斑”或“焦帶”上，以增加光強(qiáng)，克服太陽輻射能密度低的缺陷，獲得更多的電能輸出。未來的發(fā)電模式應(yīng)該是“價(jià)廉物美的聚光光學(xué)元件+高轉(zhuǎn)化效率光伏電池 ” 。