改善太阳能电池效率 利用蓝光光盘最新奇

　　蓝光光盘可以被重新利用做成压模来增加太阳能电池的效率。本周《自然—通讯》在线发表的一项研究利用了蓝光光盘上半随机的纳米结构——按照特定逻辑随机排列的凹点与凸点能够近乎完美地捕捉光线。

　　自然界中很多生物利用半随机的纳米结构操控光线，但是人们最近才认识到这种结构的重要性并考虑把它用于工程应用上。然而制造这些半随机图案往往成本昂贵，这成为其广泛应用的阻碍。

　　美国埃文斯顿西北大学的黄嘉兴和研究团队在用于储存信息的蓝光光盘上找到了适合管理光子的半随机纳米结构。研究者发现无论这些光盘上储存了什么信息，它们的结构都很适合吸收和操控整个阳光光谱的光线。为了验证这一点，研究者使用了一盘《警察故事3：超级警察》的蓝光DVD碟片作为聚合物太阳能电池的压模。和没有进行图案压模的太阳电池相比，这样得到的半随机纳米结构太阳能电池表现出了更好地吸收整个阳光光谱的能力和光电转换效率。

　　因为蓝光光盘的制造已经大规模化，这个发现可以提供一个具有成本效益的制造光子管理和光线捕获设备的方法，从而改善太阳能电池和其他光电器件的性能。

　　盘点影响太阳能电池效率的因素

　　影响太阳能电池效率主要有电学损失和光学损失。光学损失主要是表面反射、遮挡损失和电池材料本身的光谱效应特性。电量转换损失来源包括载流子损失和欧姆损失。太阳光之所以有很少的百分比转换为电能，原因归结于不管是哪一种材料的太阳能电池都不能将全部的太阳光转换为电流。晶体硅太阳电池的光谱敏感最大值没有与太阳辐射的强度最大值完全重合。在光能临界值之上一个光量子只产生一个电子—空穴对，余下的能量又被转换为未利用的热量。由于光的反射， 阳光中的一部分不能进入电池中。 随温度升高，在 P-N 结附近的厚度减少，从而电池的转换效率就会下降， 所以电池的转换效率在冬季要高于炎热的夏天。

　　目前提高太阳能电池效率的措施有如下几个方面：

　　1.寻找光电转换新材料——研究人员发现， 像氮化铟这类半导体，它的禁带比原先认为的明显要小， 低于 0.7 eV。这一发现表明，以含有铟、镓和氮的合金为基础的光电池将对所有太阳光谱的辐射——从近红外到紫外都灵敏。

　　2.太阳能电池加工工艺革新——一般工业晶体硅太阳能电池的光电转换效率为14%~16%， 而采用新的激光加工技术能提高太阳能电池的光电转换效率。

　　3.最大功率点跟踪——最大功率跟踪 （maximu power point tracking，MPPT ）是并网发电中的一项重要的关键技术，是指控制改变太阳电池阵列的输出电压或电流的方法使阵列始终工作在最大功率点上，根据太阳电池的特性，目前实现的跟踪方法主要有恒压法、功率匹配电路、曲线拟合技术、微扰观察法和增量电导法。

　　4.聚光技术——使用聚光光学元件形成聚光光伏电池，极大提高光电转换效率、减小电池使用面积，同时由于小尺寸电池可以利用现有集成电路制作工艺来加工，从而使太阳能光伏发电总体成本大幅度降低。聚光是降低光伏电池利用总成本的一种措施。通过聚光器使较大面积的阳光聚在一个较小的范围内形成“焦斑 ”或“焦带” ，并将光伏电池置于“焦斑”或“焦带”上，以增加光强，克服太阳辐射能密度低的缺陷，获得更多的电能输出。未来的发电模式应该是“价廉物美的聚光光学元件+高转化效率光伏电池 ” 。