高性能的微型太陽能電池從側面發電

Hongrui Jiang觀察光源的對齊狀況，照亮新一代的側面太陽能單元。Jiang的小組開發的太陽能單元，從入射光中獲取差不多三倍於現有技術的電能。

（圖片來源於：Stephanie Precourt）

引言

威斯康星大學的工程師，研發了一種高性能微型太陽能電池，比類似的設備在關鍵性能表現方面更勝一籌。微型太陽能電池板可以為無數的個人設備供電，例如：可穿戴醫療感測器，智能手機，甚至自動對焦的隱形眼鏡。大型屋頂的光伏陣列，可以垂直移動充電。昨天的《先進材料技術》雜誌，描述了該小型太陽能電池，從兩側或者旁邊來獲取電能。並且，它們比其他側面太陽能系統可以產生更多的能量。

研究簡介

新一代的側面太陽能電池，有希望成為攜帶型小型設備的又一個重要突破，因為水平的放置電極，讓工程師可以避開傳統的太陽能電池製造過程：需要巨大的努力，來調整單元，將多層材料一層一層放置。

「從製造的角度講，製造并行的結構總是相對簡單一些，」威斯康辛大學麥迪遜分校的電氣和計算機工程教授，論文的作者Hongrui Jiang說道。「自上而下的結構，需要多層對齊，在微小尺寸上，這是很有挑戰性的。」

橫向的太陽能電池，也在材料選擇方面，給工程師提供了很大的靈活性。自上而下的光伏單元，由圍繞半導體材料的兩個電極組成，就像兩片麵包包裹三明治。當光照射到頂部那片上，電荷從遊動並且填滿底層，從而產生電流。

在自頂向下的結構中，一層需要完成兩項工作：它必須讓光進來和並且傳輸電荷。這樣，在一個典型的太陽能單元的電極材料，不僅需要高度透明，而且需要導電。很少物質能夠同時滿足這兩個要求。

不是通過一次構建太陽能三明治的一層，相反，Jiang的團隊在透明玻璃上，設計了一個密集並排的小型電極 。結果，這樣的結構，類似於整條麵包的太陽能三明治放在一個碟子上，在兩層之間分開捕捉光並且傳導電荷。

一般來說，合成這種側面的三明治，不是那麼簡單。其他的辦法，依賴複雜的內部納米線，或者稱為鈣鈦礦的昂貴材料，達不到太陽能電池質量的多項指標。

研究成果

「我們輕易打敗了所有其他的橫向結構，」Jiang這麼說。目前的新一代橫向的太陽能電池，將1.8%的入射光，成功地轉化為電能。Jiang的小組，差不多達到這個指標的三倍，完成5.2%的效率。

「在其他結構中，許多的容量被浪費，因為沒有電極或者電極不匹配，」Jiang這麼說，「我們開發的這項技術，讓我們可以利用完全的容量，製造非常緊湊的橫向結構。」

將許多電極壓縮進這個小的設備中，提高了設備的「填充因子」，一個和最大的功率，電壓和電流相關的指標。結構將填充因子提高到0.6，兩倍於其他的橫向新一代太陽電池。

Jiang和他的同事，通過開發能夠進一步優化透明和導電性的材料，製造他們的太陽電池，更小且更有效。最終，他們計劃開發一個微型的柔性太陽能電池，可以為可調節的隱形眼鏡供電。

消息來源：http://phys.org/news/2016-08-tiny-high-performance-solar-cells-power.html

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