金纳米层可改善太阳能电池转换效率

2011-8-18 10:03 来源: 中国科学院
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  在太阳能的世界,有机光电太阳能电池具有广泛的潜在应用,不过它们至今仍被认为是处于起步阶段。这些用有机高分子或小分子作为半导体的碳基电池虽然比利用无机硅片制作的常规太阳能电池更薄且生产成本更低,但是它们将光能转换成电能的效率却并不理想。

  然而,据美国物理学家组织网8月17日(北京时间)报道,美国加州大学洛杉矶分校的研究人员与来自中国和日本的同行通过将金纳米粒子用于有机光电太阳能电池,助其增强了光吸收的能力,极大地提高了电池的光电转化率。

  在新近出版的美国化学学会《纳米》杂志上,加州大学洛杉矶分校亨利萨缪里工程和应用科学学院材料学和工程教授杨阳(音译)领导的研究小组发表文章,介绍了他们如何将金纳米粒子层植入一个串联的高分子太阳能电池的两个光吸收区中,形成了特殊三明治结构的电池,从而收获到更宽太阳光谱的光能。

  研究人员发现,通过金纳米粒子层的相互连接,他们大幅度地提高了光电太阳能电池的光电转化率。金纳米粒子通过等离子效应,可在薄薄的有机光电层中产生强电磁场,其结果是将光能聚集使其更多地被电池中的光吸收区捕获。

  尽管将金属纳米结构融入光电太阳能电池结构中存在着不少困难,但研究小组化解了这些难题,并首次宣布成功地研制出等离子增强高分子串联太阳能电池。杨阳表示,通过简单地将金纳米粒子层植入电池两个光吸收区中,他们便获得了高效等离子高分子串联太阳能电池。出现在连接层中间的等离子效应能够同时改善上、下两层光吸收区的工作状态,将串联太阳能电池的转化率从以前的5.22%提高到6.24%,增比达20%。

  实验和理论结果都显示,太阳能光电电池效率的提高得益于金纳米粒子近区的增强,也表明等离子效应对未来高分子太阳能电池的开发具有极大的潜力。研究小组认为,夹层结构作为开放平台能够应用于多种高分子材料,为获得高效多层串联太阳能电池创造了机会。

  领导该项研究的杨阳同时还是加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所纳米可再生能源中心主任。参与该项目的研究人员还包括来自中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室的张兴旺(音译)和日本山形大学科学和工程研究生院的洪子若(音译)。