硅表面波纹结构可提高太阳能电池效率
2015年01月21日 8:43 4549次浏览 来源： 新材料在线 分类： 新技术
扫描电子显微图显示，利用飞秒激光束，可以在硅表面形成一种波纹结构。这种表面结构比未经处理的表面能吸收更多的光，从而提高太阳能电池的效率。
A*STAR的科学家通过在硅表面扫描飞秒电子激光束，在硅表面的广泛区域形成了均匀的纳米级波纹结构。鉴于波纹状表面比平滑表面的反射能力要小得多，这一创新可以使太阳能电池获取更多的光，从而提高太阳能电池效率。
目前，使用激光打造间歇性表面结构是研究的重点。激光加工有其重要的优势：它只加热材料表面，而不影响底层结构。然而，许多激光加工方法有其自身的限制：它们加工的面积很小，加工出来的波纹很浅。
如今，Xincai Wang和他A*STAR新加坡制造技术研究院和南洋理工大学的同事成功解决了这些限制，展示了他们的技术所具有的潜力：在硅衬底上，他们用该技术在30毫米×30毫米的广阔区域内打造出了均匀的波纹结构，且波纹的平均深度为300纳米——是其他技术形成波纹深度的三倍。
“这种深度的增加能够有效降低波纹结构的光反射程度，提高波纹结构的光捕获能力，”Wang说，“所以，将这种结构用于光伏设备，就能捕获更多的光，从而提高设备的效率”。
该项技术简单且价格低廉，仅仅利用柱面透镜将飞秒激光束的宽度扩大到50微米，然后将其扫描到表面上即可。
当激光的光子能量大于硅的带隙，光子会激发电子从价带跃迁到导带。之后这些电子会进行能量释放，将能量转移到原子晶格中，从而将其加热。然而，由于脉冲持续时间极短，他们会相反地在表面生成电子波。而这又会产生一个干扰入射激光束的光波。在传入的光波和传出的光波相互干扰的地方，一部分硅会被去除掉，从而形成了波纹结构中的凹形区域。
研究人员发现，形成波纹结构后，硅表面的平均反射率从39.7%降到了12.5%，这意味着，由于波纹结构的强烈散射，硅表面的光吸收率提高了41%。这一效应可以被用于管理太阳能电池和发光二极管中光子的“行为”。
责任编辑：赵天宁
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