Only Perception: 蛾的眼睛，高效率太陽能電池的關鍵？

2008-02-25

蛾的眼睛，高效率太陽能電池的關鍵？

Moth eyes may hold key to more efficient solar cells
http://www.physorg.com/news122899685.html

February 22, 2008
By Miranda Marquit

太陽能的難處之一是太陽能電池惡名昭彰的無效率。Peng Jiang 說，某些無效率是由於矽會反射。Jiang，Florida 大學的助教授，表示 "目前用於太陽能電池中的抗反射塗層有不利條件。"

藉由一種新製程，那以蛾眼的結構為靈感來源，Jiang 希望對付這些不利條件，改善太陽能電池的成本效益。"你想要讓更多陽光被吸收，而不是被反射，" 他說。Jiang 與其同事 Florida 大學的 Chih-Hung Sun，與波特蘭州立大學的 Bin Jiang 共同將他們的研究結果發表在 Applied Physics Letters 上。

"現在，" Jiang 解釋，"你在太陽能電池上所看見的，帶點藍色的抗反射塗層，在超越一個狹隘的範圍後就不怎麼有效率。" 他表示來自於太陽的光波長介於 400 nm - 1400 nm 之間。" 一旦你低於 500 nm 與高於 800 nm，反射就會開始增加。" Jiang 指出，當前技術最理想的效率是在 600 nm 附近的波長上運作。

觀察蛾的眼睛是如何構造的，讓 Jiang 等人得到一個點子。"蛾眼不怎麼會反射，" 他指出。"我們在大自然中發現我們的靈感，試著去模仿自然的奈米結構。"

蛾眼的角膜上具有整齊的凸塊（bumps）。Jiang 將這些凸塊稱為「奶頭」。這些奶頭位於一個陣列中，那創造出一種幾乎沒有反射存在的情況。雖然那很可能是種演化出來的防禦機制，專門用來對抗夜間的掠奪者，不過它能夠適用在太陽能電池中，創造出一種局面：大部分來自陽光的光線都被吸收且有效利用，而非無用地被反射掉。

Jiang 表示，一種旋轉塗佈的方法被用來創造出這種效果。懸浮在液體中的奈米粒子被置於矽晶圓上，類似那些用於太陽能電池中的。當晶圓開始旋轉時，此力使奈米粒子散佈在液體中。某種遮罩被創造出來，那能夠當成一種模板。利用蝕刻將奈米結構轉移到其下的矽晶圓上。

"那是種自我組裝，" Jiang 提及奈米粒子的排列。"所有的粒子都是同樣大小。那有點像你將彈珠放在盒中然後搖它。所有的彈珠都會將它們自己排列成陣列樣式。"

除了在技術上很容易，這種製成也花費不多。"除了無效率之外，目前的太陽能電池抗反射塗層還有二種主要的不利之處，" Jiang 解釋。"那很難製造，而且是種昂貴的製程。"

Jiang 指出，此製程創造出不到 2% 的反射。在沒有抗反射塗佈層的情況下可見到 35 - 40% 的反射率，這真是一大改進。"這種簡單、更便宜的製程也具有更高的效率。"

下一步，Jiang 表示，是製造。"我們認為它現在已準備妥當了，" 他說。"我們商定一家新興公司，那能夠使用此製程製造太陽能電池。" 而他也希望能改善這項設計。"現在，這是在單晶矽晶圓上完成的。我們希望將此技術擴展到多晶矽上，那是太陽能技術未來的走向。"

"然而，我們並沒有看見太多麻煩，" 他繼續說。"因為這種製程的簡單，這裡沒理由說它沒有作用。這裡應當沒有擴展限制。"

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＊ Broadband moth-eye antireflection coatings on silicon
http://link.aip.org/link/?APPLAB/92/061112/1