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光的回音壁助推太阳能电池

时间:2021-01-05 来源:计量校准 点击:

光的回音壁助推太阳能电池
 
  国家标准和技术研究所(NIST)的研究人员使用光学回波墙来捕捉光线,并开发了一种纳米尺度的太阳能电池涂层,这使得对阳光的吸收比未涂层的设备高出约20%。这种涂层使用的技术可以集成到制造中,为开发低成本、高效率的太阳能电池开辟了新的途径,使用了丰富的、可再生的环保材料。
  这种涂层由成千上万个微小的玻璃珠组成,每个玻璃珠只有人类头发宽度的百分之一。当阳光照射在涂层上时,光波会绕着纳米大小的磁珠旋转,类似于声波绕着弯曲的墙壁传播的方式(比如伦敦圣保罗大教堂的穹顶)。在这种被称为回声墙的弯曲结构中,站在墙一侧附近的人可以很容易地听到来自墙的任何其他部分的微弱声音。
  这种光学回波壁大约是十年前开发的,但研究人员最近才探索它们在太阳能电池涂层中的应用。在由NIST东川哈和马里兰大学纳米中心组成的研究小组设计的实验装置中,由这种纳米谐振器涂层捕获的光最终泄漏出去,并被砷化镓制造的底部太阳能电池吸收
  上图是纳米谐振器涂层中直径略有不同(用不同颜色表示)的玻璃珠示意图。每个玻璃珠都是一个光学反射壁(谐振器),阳光的波长略有不同。
  研究小组发现,当激光用作光源来激发涂层中的每个纳米谐振器时,具有这种涂层的太阳能电池平均比裸电池吸收的可见光多20%。测量结果还表明,涂覆电池产生的电流也增加了约20%。
  计量校准人员说,这项研究是第一次使用精确的纳米级测量来证明涂层的效率。他说:“尽管之前的计算表明这种涂层将提高太阳能电池的性能,但在我们开发出所需的纳米测量技术之前,我们无法证明情况确实如此。”
  这项研究的论文已经发表在《纳米技术》(《纳米技术》)上,作者是东川哈,合作者包括NIST大学和马里兰大学纳米中心的Yohan  Yoon和NIST物理学家Nikolai  Zhitenev。
  该团队还为纳米谐振器设计了一种快速、低成本的涂层方法。研究人员使用的涂覆方法是将半导体材料浸入装有纳米谐振器溶液的桶中。这种浸入法需要时间,并且要覆盖半导体的两面,即使只需要处理一面。
  该团队的方法是将纳米谐振器溶液滴放在太阳能电池的一侧,然后将线绕金属棒穿过电池,分散溶液,形成由紧密堆积的纳米谐振器组成的涂层。这是砷化镓研究人员首次将棒法应用于太阳能电池。一个多世纪以来,这种方法一直用于工厂级涂层材料。
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