2010-3-25 來(lái)源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：光伏材料 新型復(fù)合材料 太陽(yáng)能電池
目前，有一種新型光伏材料表現(xiàn)出來(lái)的性能與如今最好的太陽(yáng)能電池一樣，但這種新型復(fù)合材料將明顯便宜得多。該材料是由加州理工學(xué)院（Caltech）的研究人員創(chuàng)造的，包括吸收光線的柔軟的硅微絲陣列以及嵌在聚合物中的反射光線的金屬納米粒子。
計(jì)算模型表明，該材料可用于制造太陽(yáng)能電池，它能把陽(yáng)光中15%～20%的能量轉(zhuǎn)化成電能——與現(xiàn)有的高性能硅電池相當(dāng)。但所需的復(fù)合材料只是如今使用材料的1%，可能會(huì)使成本大大降低。研究人員是由哈里.阿特沃特（Harry Atwater）領(lǐng)導(dǎo)的，他是加州理工學(xué)院應(yīng)用物理和材料科學(xué)的教授。
這種新型材料性能中的關(guān)鍵是其捕獲光線的能力。光子在太陽(yáng)能電池的有效部分中反彈的時(shí)間越長(zhǎng)，其產(chǎn)生電子的機(jī)會(huì)越大。所有的高性能太陽(yáng)能電池都有抗反射涂層，以幫助捕獲光線。但這些電池的使用需要大量的硅，并且必須從大晶片上鋸下來(lái)，這是一個(gè)很浪費(fèi)的過(guò)程。
加州大學(xué)伯克利分校的電子工程學(xué)教授伊萊.亞布魯諾維契（Eli Yablanovitch）未曾參與過(guò)這項(xiàng)研究，他說(shuō)：“捕獲光線的研究總是承諾使用更少的硅以及降低成本，但這很難實(shí)現(xiàn)。”
為了解決這個(gè)問(wèn)題，許多小組已經(jīng)把注意力轉(zhuǎn)向了材料的結(jié)構(gòu)，比如納米線和微絲。加州理工學(xué)院研究小組的光伏材料使用硅微絲，表現(xiàn)出了新的性能，這是由于納米粒子的反射增加了的緣故。
阿特沃特的研究小組從可再用模板表面受到啟發(fā)，發(fā)展成為硅微絲陣列。該模板決定了所有線材——類似于茂密的森林——的厚度以及每條線的直徑。陣列排列稀疏，并且沒(méi)有經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的處理，使得太陽(yáng)能材料性能不佳。但線材都用抗反射涂層處理過(guò)，并且被涂上一層混合有高反射率的氧化鋁納米微粒的膠狀聚合物。聚合物一旦凝結(jié)，整個(gè)膜就能被剝離，就像貼紙一樣。90%以上的合成材料都是由廉價(jià)的聚合物組成的，模板可反復(fù)使用。
阿特沃特說(shuō)：“這些材料很柔軟，但這是硅晶片的屬性。”當(dāng)光線照射到復(fù)合太陽(yáng)能墊上時(shí)會(huì)到處反彈，碰到氧化鋁微粒時(shí)反射結(jié)束，直到其能被微絲吸收。
即使微絲排列地相當(dāng)稀疏，反射粒子能確保在光被吸收之前很少有光線能夠逃脫。加州理工學(xué)院的研究小組還沒(méi)有公布這種材料作為太陽(yáng)能電池一部分的性能的細(xì)節(jié)，但該復(fù)合材料為光吸收和電子載體收集所顯示的數(shù)據(jù)非常好。
阿特沃特說(shuō)：“太陽(yáng)能電池必須做到三件事：吸收光線，收集所有的〔電子〕，并且產(chǎn)生電能。”該材料可以吸收照射到材料上的陽(yáng)光中85%的光線，而光線中95%的光子將生成電子。結(jié)果公布之前，加州理工學(xué)院研究小組將不會(huì)透露發(fā)電的結(jié)果。
斯坦福大學(xué)材料科學(xué)教授崔屹(Yi Cui)說(shuō)：“令人興奮的是，這項(xiàng)研究表明可以少用很多材料來(lái)制造太陽(yáng)能電池——少了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。”這不僅僅是降低了材料的成本。崔解釋說(shuō)：“一旦使用較少的附著材料，生產(chǎn)線會(huì)變短。”由此產(chǎn)生了兩個(gè)商業(yè)方面的影響：應(yīng)該用較少的資本投資去建設(shè)需要制造電池的工廠；應(yīng)該盡可能地用更快的速度生產(chǎn)電池。
阿特沃特的研究小組現(xiàn)在正致力于在更大范圍內(nèi)制造光伏材料，并將其納入到太陽(yáng)能電池的原型中。迄今為止所發(fā)表的研究結(jié)果來(lái)自使用數(shù)平方厘米大小材料的概念實(shí)驗(yàn)的證明。阿特沃特說(shuō)：“我們必須做一些常規(guī)的單調(diào)的工作：制造低電阻電觸頭，制造大面積的、數(shù)百平方厘米大小的材料。”他補(bǔ)充說(shuō)，雖然把材料放在一起是一種新穎的方式，但這可以通過(guò)整合多種非常成熟且具有可擴(kuò)展性技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。