納米線技術使光伏電池吸收光波長范圍增大

光伏發(fā)電科研人員都想盡可能地利用更寬波長范圍的太陽光以獲取最大轉換效率。但是，他們僅僅利用了一小部分的太陽能，浪費了時間和金錢。因此，他們將氮化銦鎵看作是未來組成光伏系統(tǒng)的寶貴材料。

科研人員通過改變銦的濃度來調整其響應，使其可以在更寬的波長范圍內吸收太陽能。

通過對系統(tǒng)作更多的設計變化，其可以吸收更多的太陽光譜，從而提高太陽能電池的效率。但是現(xiàn)在光伏行業(yè)所常用的硅材料，在該波長范圍內是受限的，不能吸收該波長范圍的太陽光。

有一個問題：氮化銦鎵是三族氮材料系的一部分，主要生長在氮化鎵薄膜上。由于氮化鎵原子層和氮化銦鎵原子層有不同的晶格間距，位錯導致了結構應變，限制了層的厚度和所能添加的銦的百分比含量。

因此，增加銦的百分比含量可以拓寬可以吸收的太陽光譜范圍，但是卻降低了材料容忍應變的能力。

圣地亞國家實驗室的研究人員Jonathan Wierer Jr.和 George Wang在《納米技術》雜志中稱，如果銦混合物生長在納米線方陣中，而不是平整的表面上，那么納米線的小的表面積可以使銦殼層沿著每根線部分松弛，從而釋放應變。

這種松弛作用啟發(fā)科研人員制造出一種銦含量為33%左右的納米線太陽能電池。這比任何已報道過的三族氮太陽能電池的銦含量都要高。

最初的做法是將吸收基能從2.4eV降低到2.1eV，這也是迄今為止三族氮太陽能電池中最低的，由此擴大了可以進行光電轉換的波長范圍。

該電池的光電轉換效率很低，只有0.3%，而目前的商業(yè)化電池效率一般都在15%左右。但是，目前的結果只是發(fā)生在還未完善的納米線陣列模板上，完善后的電池可以擁有更高的效率和更低的吸收基能。

一些獨特的技術被用來生產三族氮納米線陣列太陽能電池。首先是在氮化鎵薄膜上覆蓋一層硅溶膠，然后是干、濕刻蝕工藝，最后得到的陣列是垂直于側壁和具有統(tǒng)一高度的納米線。

接下來，包含高銦百分比含量的氮化銦鎵殼層通過金屬有機化學氣相沉積在氮化鎵模板上形成。最后，In0.02Ga0.98N以引起納米線合并的方式生長。該工藝在頂部形成了一個樹冠層，促進了簡單的平面加工，使得該技術具有可制造性。

Wierer說，雖然規(guī)模不大，但是該結果為三族氮太陽能電池的研究提出了一條光明的前進之路。納米結構不僅提高了氮化銦鎵里銦的百分比含量，并且通過氮化銦鎵樹冠層里的光散射提高了光吸收。此外，還增大了孔隙，能引導光線穿過納米線陣列。