蜂窝设计提高薄膜太阳能电池效率

蜂窝纳米结构的基板包括氧化锌阵列的纳米柱，或者采用蜂窝阵列的微孔或纳米孔，蚀刻进透明导电的氧化层，进行太阳能电池的沉积，
有一个大胆的新设计，用于薄膜太阳能电池，大大减少所需要是硅，而且可提高效率，这个新设计产生于行业和学术的合作，合作者是瑞士欧瑞康太阳能公司（Oerlikon Solar）与捷克共和国（Czech Republic）科学院物理研究所的光伏组。



这张扫描电子显微镜（SEM）照片显示了纳米结构的氧化锌层，瑞士奶酪设计用于非微晶叠层太阳能电池。布拉格物理研究所来源：布拉格物理研究所

有一个长期的选择，就是低成本，高产量的太阳能电池板工业生产，采用丰富的原料，这可见于非晶硅太阳能电池（amorphous silicon solar cells）和微晶硅串联电池（microcrystalline silicon tandem cells），又称非微晶叠层（Micromorph），收回能源投资只需一年。

然而，这些电池有一个缺点，就是稳定的电池板效率较低，低于目前占主导地位的晶体晶圆为基础的硅效率，说明米兰•万耐希克（Milan Vanecek），他负责布拉格物理研究所的光电组。

“为了使非晶硅和微晶硅电池更稳定，它们就需要非常薄，因为有紧密的间距位于电触点（electrical contact）之间，由此产生的光吸收是不够的，”他说。“他们基本上是平面器件。非晶硅厚度有200至300纳米，而微晶硅厚度超过1微米。”

这个小组的新的设计集中于光学密集电池（optically thick cells），有很强的吸光力，而电极之间的间距仍然非常紧密。他们描述了这种设计，发表在美国物理研究所的杂志《应用物理通讯》（Applied Physics Letters）上。

“我们的新的太阳能电池三维设计依赖成熟、强大的吸光器沉积技术（absorber deposition technology），属于等离子增强的化学气相沉积（chemical vapor deposition），这一技术已经用于非晶硅为基础的电子器件，是为液晶显示器生产的。我们只是增加了一种新的纳米结构基板，以沉积太阳能电池，”万耐希克说。

这种纳米结构的基板包括一个阵列的氧化锌（ZnO：zinc oxide）纳米柱，或者也可以采用“瑞士奶酪”蜂窝阵列的微孔或纳米孔，蚀刻进透明导电的氧化层（氧化锌）。

“这后一种方法证明是成功的，可用于太阳能电池沉积，”万耐希克阐述。“潜在地说，这些效率预计范围相当于当前的多晶硅太阳能电池（multicrystalline wafer solar cells），这种电池主导太阳能电池的工业生产。而显着降低成本的是非微晶叠层电池板，它具有同样的电池板效率，等同于多晶硅电池板（multicrystalline silicon panels），就是12%到16%，可以提高它们的工业规模生产。”

下一步是进一步优化，继续提高效率。