中國儲能網(wǎng)訊：斯坦福大學(xué)科學(xué)家宣布已創(chuàng)造出世界上最薄并且最具效率的光吸收劑?？茖W(xué)家們指出，這一納米結(jié)構(gòu)的厚度只相當(dāng)于普通紙張的數(shù)千分之一，不僅大幅削減成本，還可提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。他們的研究成果已發(fā)表在最近一期的雜志《納米快報》（Nano Letters）（詳見注一）上。
斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系教授Stacey Bent（研究小組成員之一）表示：“對于許多應(yīng)用而言，以最少的材料實現(xiàn)可見光的吸收是可取的。我們的研究成果就已表明一個擁有極其薄層面的材料完全有可能吸收100%特定波長的可見光。”
更薄的太陽能電池不僅耗材較少，而且成本較低。研究人員面臨的挑戰(zhàn)就是如何在不犧牲轉(zhuǎn)化率的背景下降低電池的厚度。
在這樣研究中，斯坦福團隊創(chuàng)造出鑲嵌了大量黃金顆粒的薄型硅片。每個黃金納米點高約14納米，寬約17納米。
科學(xué)家手里的四塊硅片配有當(dāng)前全球最薄光吸收劑
可見光譜
一個理想的太陽能電池能夠吸收整個可見光譜，從400納米紫色光波、700納米紅外線到非可見的紫外線與紅外線。在實驗中，博士后Carl Hagglund及其同事能夠調(diào)整黃金納米從光譜中吸收一種光線，即波長600納米的橙紅色光波。
該研究報告首席作者Hagglund表示：“與吉他弦相似，當(dāng)你撩撥其中一根弦，共振頻率就會改變。金屬粒子亦有共振頻率，能夠被微調(diào)來吸收特定波長的光線。我們調(diào)整了系統(tǒng)的光學(xué)特征，以最大程度的增大光吸收率。”
鑲嵌黃金納米的硅片由日本經(jīng)營電子電氣公司日立（Hitachi）制造，采用了嵌段共聚物平版印刷技術(shù)。每個硅片每平方英寸含有約5200億納米點。在顯微鏡下，顆粒的六角形排列非常類似蜂窩的六邊形陣列。
Hagglund團隊運用原子層沉積工藝在硅片的表面增加了薄膜涂層。Hagglund稱：“這是一個非常具有吸引力的技術(shù)，因為通過增加涂層可以令顆粒更為均勻，并將薄膜的厚度降低到原子水平。”
“通過使用該工藝，我們可以改變納米點周圍涂層的厚度，從而達(dá)到簡化調(diào)整系統(tǒng)的目的。其實已經(jīng)有人建立了相似的列陣，只是他們并未將之調(diào)整到光吸收的最佳狀態(tài)——這就是我們研究成功的創(chuàng)新所在。”
創(chuàng)紀(jì)錄榮耀
毋庸置疑，斯坦福研究團隊這一研究成果已創(chuàng)下世界記錄。Hagglund表示：“帶有涂層的硅片可吸收99%的紅橙光線。單就黃金納米本身而言，也已實現(xiàn)了93%的吸收率。”
每個點厚度與一層黃金相當(dāng)，只有1.6納米，是全球最薄的可見光吸收劑，僅為當(dāng)前薄膜太陽能電池吸收劑厚度的千分之一——足以刷新世界記錄。
Hagglund補充道：“原先的記錄保持者要求吸收劑層面厚度超過我們的三倍之多才可實現(xiàn)全部的光吸收，而我們通過優(yōu)化超薄的納米工程系統(tǒng)，將這一極限往前更推進(jìn)了一步。”
斯坦福團隊下一步就是展示該科技如何被適用于實際太陽能電池之中。
斯坦福能源轉(zhuǎn)換效率納米結(jié)構(gòu)研究中心（CNEEC）主任Bent表示：“目前我們正在尋求使用可吸收太陽能光線的超薄半導(dǎo)體材料來建造結(jié)構(gòu)。隨后我們將對這些原型進(jìn)行測試，以考察其轉(zhuǎn)換效率。”
在實驗中，研究人員采用了三種類型的涂層料：硫化錫、氧化鋅和三氧化二鋁，位于不同的納米點列陣之上。
Hagglund表示：“這些涂層并不具有光吸收性。不過，現(xiàn)有理論已經(jīng)證明如果使用半導(dǎo)體涂層，就將從金屬顆粒中吸收轉(zhuǎn)變?yōu)閺陌雽?dǎo)體材料中吸收，這樣可以創(chuàng)造出更長壽的并充滿活力的電荷載流子。”
最終目標(biāo)
Bent補充道，研究團隊的最終目標(biāo)就是通過最大程度的縮減材料總額開發(fā)性能提升的太陽能電池與太陽能燃料。“
她稱：“這可以最大程度的減少建造設(shè)備的材料。不過，可以預(yù)見的是效率將得以提高，因為通過設(shè)計，電荷載體產(chǎn)生的地點距離它們‘喜歡’的地方非常近，也就是說臨近那些它們聚集起來生產(chǎn)電流或催化化學(xué)反應(yīng)的地點。”
科學(xué)家們還在考慮用更為便宜的金屬制造這類納米點列陣。Hagglund稱：“我們之所以選擇黃金是因為對于我們實驗而言它們更具化學(xué)穩(wěn)定性。”
“盡管黃金的成本幾乎可以忽略不計，但銀的價格似乎更為便宜，而且從光學(xué)的角度而言，使用銀材料似乎可以制造更佳的太陽能電池。我們的設(shè)備厚度已大幅削減，基于此，我們最終將制造出厚度大幅下降的太陽能電池。”
該項目研究團隊成員還包含工程教授Mark Brongersma、斯坦福大學(xué)前博士后學(xué)者sabell Thomann與Han-Bo-Ram Lee、以及來自總部駐加州圣何塞市日立環(huán)球儲存科技公司（Hitachi Global Storage Technologies, Hitachi GST）的Gabriel Zeltzer與Ricardo Ruiz。（譯者：Krystal）
