芬蘭黑硅太陽能電池獲突破 轉(zhuǎn)換率升至22.1%

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(diǎn)，就得安裝追著太陽跑的定日裝置，所費(fèi)不貲又會增加系統(tǒng)復(fù)雜性，于是材料科學(xué)家想到另一個(gè)辦法，就是開發(fā)出表面奈米結(jié)構(gòu)有如劍山一般的特殊硅材料，這樣一來不管陽光從哪個(gè)角度來都能吸收，這種材料也因此看起來特別黑，稱之為“黑硅”(Black silicon)。

黑硅聽起來是個(gè)好主意，不僅解決角度問題，還能省下抗反射涂層的成本，但是實(shí)際開發(fā)卻沒有當(dāng)初預(yù)想到的好效果，主要原因是光子在硅晶太陽能電池結(jié)構(gòu)中打出電子與電洞以后，有一定的機(jī)率電子會結(jié)合回去而沒有產(chǎn)生電力，此現(xiàn)象稱之為光生載流子復(fù)合(carrier recombination)，而這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)生率與硅晶的表面積成正比，可以想見，由于黑硅的劍山結(jié)構(gòu)表面積超大，其載流子復(fù)合損失率高得離譜，過去實(shí)驗(yàn)結(jié)果損失高達(dá)5 成，使得黑硅的轉(zhuǎn)換效率反而低于一般太陽能電池。

為了減少這樣的無謂損失，芬蘭阿爾讬大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，想到在黑硅的表面上增加一層鋁薄膜，以抑制光生載流子復(fù)合的現(xiàn)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(diǎn)于太陽能電池背面，以增加受光面積，在測試中，這個(gè)新結(jié)構(gòu)提升了黑硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率將近4%，達(dá)22.1%，創(chuàng)下黑硅太陽能電池的紀(jì)錄。

雖然離硅晶太陽能電池的轉(zhuǎn)換率紀(jì)錄還有差距，不過研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，黑硅在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于更能利用傍晚傾斜的陽光，因此整天下來的發(fā)電表現(xiàn)會更好，另一方面，研究團(tuán)隊(duì)也認(rèn)為目前的表現(xiàn)并非黑硅的最高潛力，未來找出更佳的結(jié)構(gòu)方式與材料組合，還能再進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)換率。

阿爾讬大學(xué)的新發(fā)現(xiàn)，讓黑硅概念咸魚翻身，也提醒了人類，太陽能電池在技術(shù)上還有許多待進(jìn)一步探勘的領(lǐng)域。