橡树岭国家实验室开发出极具潜力的三维纳米圆锥太阳能电池

叶庆明

美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的徐俊博士及其所带领的团队近日提出了具有三维纳米圆锥结构( 3-D nanocone-based)的太阳能电池，据称这一结构可以将光电转换效率提高80%。该纳米圆锥结构使用n型氧化锌制作，用以传导电子，该圆锥结构之上还覆盖了一层p型多晶碲化镉(polycrystalline cadmium telluride)以形成PN结 ，并用来吸收光子，传导空穴。

“为了提高电池效率，我们创造了这一纳米圆锥太阳能电池结构，提出了相应的制作工艺，并证明这一结构的确可以提高电荷收集效率。” 橡树岭国家实验室化学所的徐俊博士表示。

徐俊博士及其团队已经使用这一结构制作出了转化效率达到3.2%的电池，而使用同样材料的一般平板电池效率仅为1.8%。研究人员指出，正是该结构独特的电场分布提高了光电转化效率，而经济可行的纳米圆锥制作工艺和减少半导体材料中缺陷的方法也同样重要。该研究团队称，由于提高了电子输送效率，该电池可以使用等级更低的材料制作，从而降低成本。

“我们的三维结构具有独特的内建电场分布，这一电场分布可以提高电荷传输效率并最终提高光电转换效率” 徐俊博士说到，“我们设计的核心部分在于纳米圆锥尖端会产生高强电场，可以有效分离、注入并收集少数载流子，从而达到比传统平板结构更高的转换效率。”

IEEE光伏专家会议已经接受了关于该三维纳米圆锥电池的两篇论文,“Efficient Charge Transport in Nanocone Tip-Film Solar Cells”和“Nanojunction solar cells based on polycrystalline CdTe films grown on ZnO nanocones”，届时将与其他论文一起结集出版。