降低太陽能電池成本新法 硅片厚度減少90%以上

——美國工程院院士、麻省理工學院機械工程系教授陳剛

    高純度硅占太陽能電池的總成本多達四成，如何用最少量的硅發揮最高效率，成為太陽能電池制備的重中之重。美國工程院院士、麻省理工學院機械工程系教授陳剛的研究小組找到了一種新方法，可以在保持高效率的同時，將硅片的厚度減少90%以上。

圖為美國工程院院士、麻省理工學院機械工程系教授陳剛。2012年7月7日，他被南方科技大學聘為首屆顧問委員會委員。

    硅太陽能電池的工作原理可分為兩大步：第一步是吸收射入光子，第二步是激發自身電子。很多研究團隊提出了增加硅晶體吸收光子能力的方法，但這些方法同時使其自身表面積增加，從而導致被激發的電子有可能被重新“復合”到硅板之中。

    陳剛領導的研究小組則將硅晶體表面的結構定制為“倒金字塔”型，每個倒金字塔型壓槽的直徑不超過1微米。這種特殊的“織物”結構僅僅使超薄硅晶體的表面積增加70%，光子吸收能力卻堪比30倍厚的傳統硅晶體。相關研究論文發表于2012年6月的《納米快報》(NanoLetters)雜志，論文第一作者為陳剛研究組的博士后AnastassiosMavrokefalos。

    這種特殊的“織物”結構僅僅使超薄硅晶體的表面積增加70%，光子吸收能力卻堪比30倍厚的傳統硅晶體。

圖片來源：論文第一作者、陳剛研究組的博士后AnastassiosMavrokefalos

    這項技術在保證硅晶體效率的前提下大大削減了高純度硅的使用量。它不僅有望大幅度減少生產成本，而且會減輕電池自重，從而進一步減小用于支撐和安裝的費用。同時，制備這種新型晶不需要任何現有硅晶片以外的新設備和新材料，將來容易實現規模生產。

    研究團隊的下一步是配上真正的光電電池并證明其效率。陳剛對麻省理工學院新聞辦公室表示，如果一切順利，該系統有望在不久的將來開發出商用產品。

    斯坦福大學材料科學與工程系副教授崔屹對陳剛及其同事的此項研究評價頗高。他說，這是一種太陽能電池薄膜吸收光子的有效結構，“具有非常可觀的潛在應用價值”。<