研究發(fā)現(xiàn)金納米層可改善太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率

在太陽(yáng)能的世界，有機(jī)光電太陽(yáng)能電池具有廣泛的潛在應(yīng)用，不過(guò)它們至今仍被認(rèn)為是處于起步階段。這些用有機(jī)高分子或小分子作為半導(dǎo)體的碳基電池，雖然比利用無(wú)機(jī)硅片制作的常規(guī)太陽(yáng)能電池更薄且生產(chǎn)成本更低，但是它們將光能轉(zhuǎn)換成電能的效率卻并不理想。

然而，據(jù)報(bào)道，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員與來(lái)自中國(guó)和日本的同行通過(guò)將金納米粒子用于有機(jī)光電太陽(yáng)能電池，助其增強(qiáng)了光吸收的能力，極大地提高了電池的光電轉(zhuǎn)化率。

在新近出版的美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì) 《納米》雜志上，加州大學(xué)洛杉磯分校亨利薩繆里工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院材料學(xué)和工程教授楊陽(yáng)（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)表文章，介紹了他們?nèi)绾螌⒔鸺{米粒子層植入一個(gè)串聯(lián)的高分子太陽(yáng)能電池的兩個(gè)光吸收區(qū)中，形成了特殊三明治結(jié)構(gòu)的電池，從而獲得更寬太陽(yáng)光譜的光能。

研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)金納米粒子層的相互連接，他們大幅度地提高了光電太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化率。金納米粒子通過(guò)等離子效應(yīng)，可在薄薄的有機(jī)光電層中產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)，其結(jié)果是將光能聚集使其更多地被電池中的光吸收區(qū)捕獲。

盡管將金屬納米結(jié)構(gòu)融入光電太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中存在著不少困難，但研究小組化解了這些難題，并首次宣布成功地研制出等離子增強(qiáng)高分子串聯(lián)太陽(yáng)能電池。楊陽(yáng)表示，通過(guò)簡(jiǎn)單地將金納米粒子層植入電池兩個(gè)光吸收區(qū)中，他們便獲得了高效等離子高分子串聯(lián)太陽(yáng)能電池。出現(xiàn)在連接層中間的等離子效應(yīng)能夠同時(shí)改善上、下兩層光吸收區(qū)的工作狀態(tài)，將串聯(lián)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化率從以前的5.22%提高到6.24%，增比達(dá)20%。

實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果都顯示，太陽(yáng)能光電電池效率的提高得益于金納米粒子近區(qū)的增強(qiáng)，也表明等離子效應(yīng)對(duì)未來(lái)高分子太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)具有極大的潛力。研究小組認(rèn)為，夾層結(jié)構(gòu)作為開(kāi)放平臺(tái)能夠應(yīng)用于多種高分子材料，為獲得高效多層串聯(lián)太陽(yáng)能電池創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。

領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)研究的楊陽(yáng)同時(shí)還是加州大學(xué)洛杉磯分校加利福尼亞納米系統(tǒng)研究所納米可再生能源中心主任。參與該項(xiàng)目的研究人員還包括來(lái)自中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的張興旺（音譯）和日本山形大學(xué)科學(xué)和工程研究生院的洪子若（音譯）。