在美國材料學研究協(xié)會最近舉行的年會上，麻省工學院開麥林教授展示了最新研制成功的新型太陽能電池模型，新模型對原有的薄膜太陽能電池進行了結構上的改進，使得電池所吸收的太陽光能夠停留更長時間，因而大大提高了太陽能轉化成電能的效率。

　　薄膜太陽能電池應用潛力巨大

　　最早使用的太陽能電池是太陽能光伏電池，可追溯到1954年，當時是由貝爾實驗室發(fā)明出來，當時研發(fā)的動機是希望能給偏遠地區(qū)供電系統(tǒng)的提供能源，那時太陽能電池的效率只有6%。接著，從1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星開始，一直到1969年美國宇航員登陸月球，太陽能光伏電池的應用可說是得到了充分發(fā)揮。全球94%的太陽能光伏電池均采用硅晶制造。

　　自上世紀80年代以來，太陽能電池相關研究人員開始研究以薄膜取代硅晶制造太陽能電池的技術，并取得巨大進展。由于薄膜太陽能電池使用塑料等質輕柔軟的材料為基板，具有柔軟便攜、耐用、光電轉換效率高等特點，因此人們對它的實用化期待很高，可廣泛應用于電子消費品、遠程監(jiān)控/通訊、軍事、野外/室內供電等領域。專家認為，未來5年內薄膜太陽能電池將大幅降低成本，屆時這種薄膜太陽能電池將廣泛用于手表、計算器、窗簾甚至服裝上。

　　由于傳統(tǒng)的太陽能電池厚度接近200微米，需要更多的材料，而薄膜太陽能電池厚度只有幾個微米，因而在價格上具有更大的競爭優(yōu)勢。但是目前的薄膜太陽能電池轉化效率較低，主要原因是紅外線等太陽光都是光子物質，在薄膜內停留時間不夠長，不足以被更多地吸收。因此這成為科學家們攻克的難點。

　　光柵結構設計提高效能15%

　　開麥林教授研制的薄膜太陽能電池只有5個微米厚，他們的設計原理是，在新電池的背面鍍上反射效率極高的物質，而在正面涂上一層沒有反射功能的涂層，這樣電池就能吸收更多的紅色光線及紅外線，并將這些光線轉換成電能。通過如此改造設計的薄膜太陽能電池比目前商用薄膜太陽能電池的效率提高了15%。開麥林教授表示，通過計算機模擬實驗表明，這種新型電池的轉化效率還有35%的提高空間。

　　現(xiàn)在常見的薄膜太陽能電池背面都鍍有一層金屬，通常是鋁金屬，但金屬表面每次反射會損失大約30%的太陽光。而麻省工學院的研究人員沒有使用金屬表面，而是在硅基層上刻著凹槽和凸起，使表面形成光柵，然后在表面鍍上一層具有光子特性的晶體，即由硅和二氧化硅交替組成的多層結構。

　　這種光學晶體結構反射太陽光后，光柵接收到這些反射光并以更低的角度將這些反射光重新反射回硅基層內，反射光并沒有損失，而是重新被反射回來，延長了光在電池內的停留時間，電池也就能吸收更多的太陽能，將更多的太陽能轉化成電能。研究人員正在繼續(xù)優(yōu)化光學晶體和光柵結構，希望進一步提高這款薄膜太陽能電池的轉化效率。

　　技術難題和競爭對手

　　這款新型光學薄膜太陽能電池目前還無法投入實際運用。主要障礙在于，研究人員目前使用的光柵雕刻技術是干涉微影技術，這種技術成本很高。另外，反射面的交替層也需要一個個手工鍍上去，非常消耗時間和人力，現(xiàn)在研究人員需要研制新的技術，以便能夠更大規(guī)模地和以更低的價格生產這種應用潛力巨大的新型太陽能電池。開麥林教授目前正在考慮用納米影印術取代干涉微影技術。

　　開麥林教授的研究得到了業(yè)內肯定，但也遇到一些競爭對手。美國一家公司為了提高薄膜太陽能電池的吸光效率，將硅基層表面鍍上納米級凹凸不平的粗糙結構，這樣的電池除了能夠吸收紅外線外，還能吸收所有的可見光，但光能轉化效率的潛能目前還沒有得到證明。

　　另外，美國埃姆斯實驗室也在研制光學晶體的薄膜太陽能電池，只不過是非晶硅的，他們用銦錫氧化物層取代硅基層，并在銦錫氧化物層內刻有許多極小的硅柱組成的矩陣。但是他們的太陽能電池最多只能將轉化效率提高15%，唯一的優(yōu)勢在于電池只有0.5個微米，因而耗材更少，價格更便宜。