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激光技术可大大提高太阳能电池转换效率

2013-01-30 14:17
人在旅途20
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  美国加州大学戴维斯分校的科研人员通过计算机模拟证实,利用特殊的“硅BC8”结构,能够基于单个光子产生多个电子空穴对,大幅提升太阳能电池的转换效率。相关研究报告发布在最新一期的《物理评论快报》上。

  太阳能电池以光电效应作为基础,当一个光子或是光粒子击中单个硅晶体时,便会产生一个带负电荷的电子以及一个带正电荷的空穴,而收集这些电子空穴对就能够生成电流。作为论文的合著者,该校化学系的朱莉亚·加利表示,传统的太阳能电池能基于每个光子产生一个电子空穴对,因此其理论最大转换效率约为33%。而新途径能够基于单个光子产生多个电子空穴对,从而切实提升太阳能电池的效率。

  科研人员借助劳伦斯伯克利国家实验室的超级计算机模拟了硅BC8的行为,这种硅结构形成于高压环境,但其在正常压力下也很稳定。模拟结果显示,硅BC8纳米粒子确实基于单个光子生成了多个电子空穴对,即使当它暴露于可见光时亦是如此。

  此次研究的主要作者、博士后研究员斯蒂芬·魏博曼谈到,这一途径可使太阳能电池的最大转化效率提升至42%,超越任何现有的太阳能电池,意义十分重大。“事实上,如果利用抛物面反射镜为新型太阳能电池聚集阳光,我们有理由相信,其转换效率或可高达70%。”他补充说道。

  有些遗憾的是,通过与传统的硅纳米粒子相结合,目前制成的太阳能电池模型仅能在紫外线的照射下工作,还不能在可见光照射下正常工作。此前哈佛大学和麻省理工学院的科学家曾发表论文指出,当普通硅太阳能电池被激光照射时,激光所发出的能量或可营造出局部的高压以形成硅BC8纳米晶体。因此,施加激光或是化学压力都可能使现有的太阳能电池转化为高效的新型太阳能电池。

  太阳能电池或许是最清洁和方便的能源。但目前的电池板有一点不能令人完全满意:光电转化效率。近几年,国际上开发出不少新材料,都能提高太阳能电池的效率,高的能达到20%。这一次,美国科学家发明的新微观结构,更是让半导体的效率上限翻番。当然这是计算机模拟的结果,大规模应用为时尚早。从经验来看,低能耗生产新式光电池,难度不可小觑。

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