2011-05-10

「瑞士起司」設計或讓薄膜太陽能電池效率更高

'Swiss cheese' design enables thin film silicon solar cells with potential for higher efficiencies
http://www.physorg.com/news/2011-05-swiss-cheese-enables-thin-silicon.html

May 6, 2011

一種粗厚的薄膜太陽能電池新設計,那大幅減少矽使用 -- 也許還能提昇其效率 -- 是瑞士 Oerlikon Solar 以及捷克科學院物理協會的太陽能電池小組產官合作的成果。

業界從豐富的原料生產太陽能板,一個低成本、高產率的長久選項可以是非晶矽太陽能電池(amorphous silicon solar cells)以及微晶矽堆疊式薄膜太陽能電池(microcrystalline silicon tandem cells,即 Micromorph)-- 所提供的能源回收期(energy payback)在一年之內。

然而,這些太陽能電池的缺點是,這種穩定太陽能板的效率比現今主流、基於結晶矽晶圓的低,Milan Vanecek 解釋,他率領位於布拉格之物理協會的太陽能電池小組。

"由於電氣接點之間的空間非常緊密以及光吸收不充分的緣故,為了使非晶矽與微晶矽太陽能電池更穩定,它們得要非常薄," 他提到。"他們基本上是平面型裝置。非晶矽厚度在 200 到 300 奈米之間,而微晶矽則厚於 1 微米。"

該團隊的新設計聚焦在光學上粗厚的晶胞(cells),其吸光性很強,同時電極之間的距離依然緊密。他們在美國物理學會(AIP)的 Applied Physics Letters 期刊上描述他們的設計。

"我們新的 3D 太陽能電池設計倚賴成熟、強健的吸收層沈積技術 -- 電漿強化化學氣相沈積(plasma-enhanced chemical vapor deposition),那是一種用來製造 LCD 之非晶矽電子裝置所用的技術。我們只為這種太陽能電池的沈積,添加新的奈米結構化基質," Vanecek 說。

這種奈米結構化基質,不是由氧化鋅(ZnO)奈米柱(nanocolumns)陣列所構成,就是由「瑞士起司」般的蜂巢狀陣列構成。蜂巢狀陣列是微米或奈米大小的孔隙被蝕刻在透明、導電的氧化層(ZnO)上所構成。

"後面這種方法經證實能成功完成太陽能電池的沈積," Vanecek 闡述。"這些效率的潛力經估計,在當前多晶矽太陽能電池的範圍內,那主宰太陽能電池產業界的生產。在面板效益(panel efficiency)與多晶矽太陽能面板相同的情況下,Micromorph 面板明顯較低的成本,能提升其工業規模的生產。"

接下來是更進一步最佳化以持續改善效率。

※ 相關報導:

* Nanostructured three-dimensional thin film silicon solar cells with very high efficiency potential
http://apl.aip.org/resource/1/applab/v98/i16/p163503_s1
Milan Vanecek, Oleg Babchenko, Adam Purkrt, Jakub Holovsky,
Neda Neykova, Ales Poruba, Zdenek Remes, Johannes Meier, and
Ulrich Kroll
Appl. Phys. Lett. 98, 163503 (2011) (3 pages)
doi: 10.1063/1.3583377
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