可提高太阳能电池光吸收率的新纳米材料

太阳是我们的最有前途的清洁能源和可再生能源的来源。 一个小时内的太阳到达地球的能量几乎是在相当于人类一年多的消耗。 太阳能电池通过将光能转换为电能来挖掘这个巨大的能量来源。 然而这些设备仍然需要显著提高效率才可以与传统的能源竞争。

新加坡国立大学和南洋理工大学的刘小刚、Alfred Ling Yoong Tok 和他们的同事在A * STAR材料研究与工程研究所已经开发出一种利用纳米结构的捕光材料增加入射光的吸收率。 是使用高效太阳能电池的理想方法。

太阳能电池吸收被称为光子的光能量，然后通过光子产生电子。 由于来自太阳的光子能量过小使产生的电子容易丢失。刘小刚、Tok和他们的同事使用变频方法规避这方面的损失。 在这个过程中，两个低能量的光子相结合产生一个单一的高能量光子。 这个能量光子可以被吸收到太阳能电池的活跃地区。 研究人员的设置包括钛氧化物框架填充规则排列的跨距为半个微米的空气毛孔- 称为反蛋白石结构（见图片）。 球体的上转换材料的，在这些毛孔的表面上直径分别为30纳米。

“无论是直接从外部源或是纳米球未转化的光子，量子点有效地吸收入射的光并且将其转换为电子。 然后电荷流入氧化钛帧。 氧化钛反蛋白石创建一个连续的电子传导通路，并提供一个大型的界面面积来支持变频纳米粒子和量子点。“刘小刚解释说。

刘小刚、Tok以及他们的团队证明了通过用波长为980纳米的发射激光测试设备不会正常吸收硒化镉量子点。 正如预期的那样，在同样的实验中比起没有变频纳米球装置他们能够测量高得多的电子电流。 “我们相信，与传统晶硅太阳能电池相比增强能量转移和捕光能力极具竞争优势，”刘小刚说。