将该产品集成在硅电池上可能会将太阳能电池的效率提高到40 %，这意味着与今天的商用硅太阳能电池相比，效率将提高一倍。信用:NTB Shutterstock挪威科技大学(NTNU)的一个研究小组开发了一种利用半导体纳米线制造超高材料效率太阳能电池的方法。如果将它放在传统硅基太阳能电池的顶部，它可能会以低成本将当今硅太阳能电池的效率提高一倍。“我们有一种通过纳米结构以非常有效的方式使用砷化镓(GaAs)材料的新方法，因此我们可以只使用通常使用的材料的很小一部分来制造太阳能电池，效率要高得多，”电子系统系的博士候选人安詹·慕克吉说。慕克吉是这项技术的主要开发者。
砷化镓(GaAs)是制造高效太阳能电池的最佳材料，因为它具有非凡的光吸收和电特性。它通常用于制造太阳能电池板，主要用于太空。
然而，高质量的GaAs太阳能电池组件的制造成本相当高，这推动了对能够减少材料使用的技术的需求。
近年来，人们认识到，与标准平面太阳能电池相比，纳米线结构可以潜在地提高太阳能电池效率，即使使用更少的材料。
NTNU大学电子系统系教授胡庆炉·韦曼说:“我们的研究小组发现了一种新方法，通过在纳米线结构中使用GaAs，制造出比任何其他太阳能电池都高效10倍以上的超高功率重量比太阳能电池。
该小组的研究已经发表在美国化学学会的期刊《ACS光子学》上。
开拓方法
GaAs太阳能电池通常生长在又厚又贵的GaAs基板上，这几乎没有降低成本的空间。
“我们的方法使用了一种垂直直立的半导体纳米线阵列结构，在一个廉价且对行业有利的硅平台上生长纳米线，”韦曼说。
“最具成本效益和效率的解决方案是生长双串联电池，顶部的GaAs纳米线电池生长在底部的硅电池上，这避免了使用昂贵的GaAs衬底。我们努力将生长顶级GaAs纳米线电池的成本降至最低，因为GaAs的制造成本是目前阻碍该技术发展的主要问题之一，”韦曼解释道。
“纳米线结构的微小足迹提供了额外的好处，因为它允许纳米线中的晶体以及与硅的界面具有高质量。这有助于提高太阳能电池的性能，”同系教授比约恩-奥维·芬兰说。
通过适当的投资和工业规模的R&D项目，这种技术的开发可以是直接的和具有成本效益的。
“我们使用一种叫做MBE(分子束外延)的方法来生长纳米线，这不是一种可以大批量生产材料的工具。然而，通过使用工业规模的工具，如MOCVD(金属有机气相沉积)，大规模生产这些基于纳米线的太阳能电池是可能的，”慕克吉说。
将该产品集成在硅电池上可能会将太阳能电池的效率提高40 %，这意味着与当今商用硅太阳能电池相比，效率将提高一倍。
适合太空旅行
研究人员表示，他们的方法可以进行调整，使纳米线生长在不同的基底上，这可能为许多其他应用打开大门。
“我们正在探索在石墨烯等原子级薄二维衬底上生长这种类型的轻质纳米线结构。这可能会为生产重量轻、灵活的太阳能电池带来巨大的机会，这些电池可以用于自供电无人机、微型卫星和其他空间应用，”慕克吉说。
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