太阳能电池捕捉更多阳光

廉价的薄膜太阳能电池不如传统太阳能电池高效，但一种由纳米金属微粒组成的新型镀层有助于缩小这个差距。Broadband Solar，一家去年诞生于斯坦福大学的新公司，正在开发让此类太阳能电池吸收更多光能的镀层。

根据计算机模型和初步实验，一颗非晶硅电池将光能转换为电能的比例可以从8％跃升至12％。“这将使此类电池在目前领先的薄膜太阳能电池——如总部位于亚利桑那州坦佩市的第一太阳能公司(First Solar)的产品——面前非常有竞争力。”伯克利加州大学哈斯商学院“清洁技术走向市场”项目的副主任塞勒斯·瓦迪亚(Cyrus Wadia)说到。非晶硅的优势在于其储量远远大于第一太阳能公司所用的材料。这些镀层也可以应用于其他类型的薄膜太阳能电池，包括第一太阳能公司的产品，以提升其效率。

Broadband相信，其镀层不会增加此类太阳能电池的成本，因为它们与所有薄膜电池上的透明导体功能相同，并可以使用同样的设备进行铺放。

“Broadband的纳米金属微粒接收射入光线，并引导其沿着太阳能电池板面折射。”斯坦福大学材料科学与工程教授兼该公司科学顾问马克·布隆格斯玛(Mark Brongersma)说到。这样的结果是，每个光子都将以更长的路径通过材料，从而增加其反射出电池之前撞击产生电子的几率。纳米微粒同时也通过产生强大的本地电场增加光的吸收率。

“这些微粒本质上即是纳米天线，与无线电天线非常类似。”布隆格斯玛说。由于相互作用的光波波长比无线电波短得多，因此这些天线的尺寸也小得多。正如传统天线能将接收到的无线电波转换为电信号并将电信号作为无线电波传输一样，这些纳米天线也依赖电交互通过光谱接收和传输光。

天线与光的交互非常强烈，因为射入光子实际上以被称为等离子的表面电波形式与纳米金属微粒的表面进行耦合。这些所谓的等离子效应会在高导电性金属如金、银、铜构成的纳米结构中产生。研究人员利用等离子效应来缩小光计算机尺寸，并制造高分辨率光学显微镜和光刻仪器。Broadband是最先致力于等离子太阳能电池商业化的公司之

在他位于斯坦福大学的实验室中，布隆格斯玛用电子束逐个雕刻出不同尺寸和形状的金属纳米结构进行实验。不同尺寸和形状的金属微粒会与不同颜色的光产生强烈反应，并将引导它们折射出不同的角度。理想的太阳能电池镀层应包含多种适当尺寸和形状的纳米天线以利用太阳光谱中所有的波长并以大角度通过电池。然而这种雕刻过程过于繁杂费力而无法商业化。

在Broadband的工作过程中，布隆格斯玛正在开发一种简单得多的方法，大规模制造这种微小的天线。这种方法涉及到一种广泛应用于金属薄膜制造工业(包括一些薯片包装袋的内衬)，被称为“溅射沉积”的技术。溅射技术用金属离子轰击基板，在适当的条件下，他说，　“由于表面张力，金属将形成球状微粒，就像打了蜡的汽车表面的水珠一样。”形成的纳米微粒将有不同的形状和尺寸，意味着它们将和不同波长的光进行反应。“我们依赖这种随机性”让薄膜与阳光中的广泛广谱进行反应，他说。

Broadband目前正在开发将金属纳米天线与透明氧化物导体薄膜大面积混合的溅射技术。对薄膜太阳能电池大规模生产的适应能力将是这种镀层商业化的关键。

该公司已开始用天使投资人提供的资金在小型的原型电池上进行其等离子镀层的测试。到目前为止，布隆格斯玛说，电池产生的增强电流与仿真结果一致。Broadband目前正寻找风险投资以扩大其流程，CEO安东尼·迪福莱丝(Anthony Defries)说。

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