在鋁箔上生長納米柱可制造太陽能電池

美國研究人員開發出一種新型太陽能電池技術，這種太陽能電池可通過在鋁箔上生長直立的納米柱來制成，將整個電池封裝在透明的膠狀聚合物內后就能制作出可彎曲的太陽能電池，成本低于傳統的硅太陽能電池。 　　領導此項研究的美國加州大學電氣工程和計算機科學教授阿里·杰威表示，與傳統硅和薄膜電池相比，納米柱技術可使研究人員使用更為廉價和低質的材料。更重要的是，該技術更適于在薄鋁箔上制作出可卷曲的太陽能電池板，從而降低了制造成本。一旦獲得成功，其生產成本將可低至單晶硅太陽能板的1/10。
　　這種太陽能電池是通過將統一的500納米高的硫化鎘嵌入碲化鎘薄膜中制成的，這兩種材料均是薄膜太陽能電池中經常使用的半導體。杰威及其同事在《自然·材料》上發表的報告稱，此種電池將光能轉換為電能的效率可達6%。此前，也有科學家使用了這種立柱設計思想，但其方法較為昂貴，且光電轉換效率不到2%。
　　在傳統太陽能電池中，硅吸收光并產生自由電子，這些電子必須在受困于材料的缺陷或雜質前到達電路。這就要求使用極為純凈、昂貴的晶體硅來制造高效光伏裝置。
　　納米柱就承擔了硅的職責，納米柱周圍的材料吸收光并產生電子，納米柱將其運送到電路。這種設計以兩種方式來提高效率：緊密封裝的納米柱捕捉柱間的光，幫助周圍的材料吸收更多的光；電子以非常短的距離穿越納米柱，因此沒有太多的機會受困于材料的缺陷。這意味著可以使用低質量的廉價材料。
　　有科學家使用不同的納米結構來制作這種太陽能電池。比如，哈佛大學化學教授查爾斯·里波爾研發了一種包含硅芯和同心硅層各異的納米線；加州大學伯克利分校的楊培東則開發出了帶有氧化鋅納米線的染料敏化太陽能電池。這些納米線太陽能電池的光電轉換效率已達到了4%。
　　杰威及其同事制作的納米柱電池首次使用經氧化處理的鋁箔，創建出呈周期性分布的200納米寬小孔，這些小孔作為硫化鎘晶體直立生長的模板。然后，對碲化鎘和頂端電極飾以銅和金的薄膜。它們通過一塊玻璃板和電池相連，或是將其頂端投入聚合物溶液使其彎曲。
　　喬治亞理工學院的材料學和工程學教授王中林評價說，將納米材料工程設計與制造柔性可彎曲高效太陽能電池的各種軟基板技術集成在一起，這是一個令人興奮的進展。美國國家可再生能源實驗室負責太陽能電池研究的物理化學家阿瑟·諾茲克則表示，這種電池要與由硅、碲化鎘和其他材料制成的柔性薄膜太陽能電池進行競爭，其賣點可能不在于其柔性，而是成本優勢。
　　目前，研究人員正在探索使用可提高轉換效率的材料。例如，頂端的銅—金層現在僅有50%的透明度，如果可讓所有的光都透過，其效率就可增加一倍。因此，研究人員正計劃使用像氧化銦這樣的透明導電材料。另外，利用其他半導體材料作為納米柱及其周圍材料也在研究人員的考慮之中，這樣的制作工藝能適于更廣范圍的半導體材料，其他材料組合亦可能會提高效率，更重要的一點則是可以避免鎘的毒性問題。