芬蘭研究黑矽太陽能電池獲突破,轉換率提高至 22.1%

作者 | 發布日期 2015 年 06 月 01 日 8:10 | 分類 太陽能 , 能源科技 , 電池 follow us in feedly
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太陽能電池要提升效率,最好能一直正對陽光的來向,但要做到這點,就得安裝追著太陽跑的定日裝置,所費不貲又會增加系統複雜性,於是材料科學家想到另一個辦法,就是開發出表面奈米結構有如劍山一般的特殊矽材料,這樣一來不管陽光從哪個角度來都能吸收,這種材料也因此看起來特別黑,稱之為「黑矽」(Black silicon)。



黑矽聽起來是個好主意,不僅解決角度問題,還能省下抗反射塗層的成本,但是實際開發卻沒有當初預想到的好效果,主要原因是光子在矽晶太陽能電池結構中打出電子與電洞以後,有一定的機率電子會結合回去而沒有產生電力,此現象稱之為光生載流子復合(carrier recombination),而這個現象的發生率與矽晶的表面積成正比,可以想見,由於黑矽的劍山結構表面積超大,其載流子復合損失率高得離譜,過去實驗結果損失高達 5 成,使得黑矽的轉換效率反而低於一般太陽能電池。

為了減少這樣的無謂損失,芬蘭阿爾託大學的研究團隊,想到在黑矽的表面上增加一層鋁薄膜,以抑制光生載流子復合的現象,將原本 5 成的損失率降至只有 4%,此外也整合所有金屬接點於太陽能電池背面,以增加受光面積,在測試中,這個新結構提升了黑矽太陽能電池轉換效率將近 4%,達 22.1%,創下黑矽太陽能電池的紀錄。

雖然離矽晶太陽能電池的轉換率紀錄還有差距,不過研究團隊認為,黑矽在實際應用時,由於更能利用傍晚傾斜的陽光,因此整天下來的發電表現會更好,另一方面,研究團隊也認為目前的表現並非黑矽的最高潛力,未來找出更佳的結構方式與材料組合,還能再進一步提升轉換率。

阿爾託大學的新發現,讓黑矽概念鹹魚翻身,也提醒了人類,太陽能電池在技術上還有許多待進一步探勘的領域。

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