硅薄膜上刻出微型納米柱，就像森林中的樹木，光線進入其中，會反彈幾次，這就增加了光子吸收機會，



示意圖：方案中的硅納米柱構型的薄膜太陽能電池。來源：電機及電子學工程師聯合會（IEEE）

當今世界的一個主要挑戰是能源危機。需求高供應低的化石燃料正在抬高油價和食品價格。硅基太陽能電池是最有前途的技術之一，可以產生清潔的可再生能源。使用這些設備，只需轉換一小部分陽光，就是每天照在地上的陽光，轉化成電能，就可大幅削減社會對化石燃料的依賴。然而，不幸的是，高擋硅晶體需要非常謹慎的制造工藝，帶來的結果是高昂的生產成本，這就成了主要障礙，妨礙它走向商業化。

有一種方法可以降低這些太陽能電池的生產成本，就是沉積層狀硅，沉積到更便宜的基板上，比如塑料或玻璃基板。但是，這種方法有一個缺點：硅薄膜具有較低的發電轉換效率，不如塊狀硅晶體，因為它們只吸收較少的光線，而且包含更多的缺陷。新加坡科學技術與研究局（A*STAR）微電子研究所的帕特里克•羅（Patrick Lo）和同事們，現在已經發現一種方法，可以提高功率轉換效率，把硅薄膜沉積在廉價基質上。

低擋硅薄膜有一個內在的問題：它們無法吸收的光子，波長大于薄膜厚度。例如，標準的800納米厚的薄膜，可捕捉短波長的藍光，但會完全漏掉波長較長的紅光。“為了降低材料成本，提高光效，訣竅就是捕捉更多的光子，包括那些中等波長的光子，”帕特里克•羅說。

有一種方法可以捕獲更多的光子，就是在硅薄膜上刻出微型硅柱，這些硅柱有幾百納米大小，就在硅片表面（見圖片）。帕特里克•羅解釋說，硅納米柱就像森林中的樹木，光線進入其中，就不容易出來。“光照在表面，會反彈幾次，沿著或進入這些柱子，之后才穿透底部的平坦表面，”他說。“每一次彈跳運動，都會增加光子吸收機會。”

帕特里克•羅和同事們使用電腦模擬，確定最佳配置，引導電荷流出充滿缺陷的硅薄膜。他們發現，每個柱子的上半部分都可以做得極其導電，只需引入大量摻雜劑。帕特里克•羅和同事們現在正在使用這些實用的指導，設計一種樣機，根據就是這種獨特的概念。“使用納米結構是一種很好的方式，可以開辟道路，克服傳統物理學設置的局限，”他說。

更多信息：http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5419081