領(lǐng)導該項研究計劃的美國倫斯勒理工學院物理學教授林尚佑說,為了達成太陽能轉(zhuǎn)換成電能的最高效率,就必須具備這樣的條件,即無論太陽處于天空的什么位置,太陽能板都要能吸收幾乎所有的單一光子。這個新的抗反射涂層將使其成為可能。
未經(jīng)處理的硅太陽能電池一般只能吸收照射其上的67.4%%的陽光,這也意味著近1/3的陽光被反射掉了。從經(jīng)濟和效率的角度看,這種未能捕獲的陽光浪費了潛在的價值,也成為阻礙太陽能技術(shù)效率提高及被廣泛采用的主要障礙。
林教授對太陽能電池的硅表面進行了新型納米工程反射涂層處理后,該材料能吸收照射其上的96.21%%的陽光,只有不到4%%的陽光被反射掉。而且,從紫外光、可見光到紅外光,在整個太陽光譜中,這樣的光線吸收效率的大幅提高均能保持一致。如此高的吸收效能,使得太陽能電池朝著經(jīng)濟上的可行邁出了可喜的一步。
這種新涂層技術(shù)還解決了太陽能電池技術(shù)的一個棘手挑戰(zhàn)。絕大部分表面與涂層被設計成在某種特定的角度范圍內(nèi)吸收光線(抗反射)及傳輸光線(允許光線可通過)。例如,眼鏡的透鏡能吸收與傳輸來自正前方光源的少量光線,但如果光源在另一邊或佩戴者的周邊,那么這些透鏡吸收和傳輸?shù)墓饩€將少得多。
太陽能電池也是如此,所以現(xiàn)在市場上的某些太陽能電池陣列都做成機械化,并能整天緩慢移動,以使面板和天空的太陽能完美地排成一線。如果沒有這種自動化的機械移動,太陽能板就不能保持處于最佳位置,吸收的日光也會較少。但是,這種效率上的增加所付出的代價是給自動化機械系統(tǒng)供電及維護成本的增加。
而林教授的新技術(shù)將使這種自動化太陽能陣列成為過去,因為他的抗反射涂層能均勻地吸收陽光,而且在每個角度上都一樣。這意味著一塊固定的太陽能板經(jīng)此涂層處理后,不管太陽在什么位置均能吸收96%%的陽光。因此,除了陽光的吸收效率顯著提高外,該技術(shù)也使得新一代固定式、更具成本效益的太陽能陣列成為可能。
傳統(tǒng)的抗反射涂層均設計成傳輸某一特定波長,林教授設計的新型涂層則堆疊了7層這樣的涂層,在此種方式下,每一層均能強化其下一層的抗反射性能,這些額外的層有助于將陽光的流動“彎曲”至某一角度,從而擴大涂層的抗反射性能。這表明,每一層涂層不僅能傳輸陽光,還能幫助捕獲任何被底下涂層反射回去的光線。
這7個涂層,每層的厚度為50納米到100納米,由位置處于某一傾斜角度的二氧化硅和二氧化鈦納米棒制成。每一層的外觀和功能看似一座茂密的森林,陽光就在這些樹木間被捕捉。這些納米棒是通過化學氣相法附著在硅襯底上的。研究人員表示,這種新涂層能附著在幾乎任何用于太陽能電池的光伏材料上,包括III-V族多接面與碲化鎘。