美國(guó)工程師最近發(fā)現(xiàn)，金屬納米顆粒可以大幅提升某些類型太陽(yáng)電池的性能。加州大學(xué)圣地亞哥分校的EdYu等人表示，將金納米顆粒沉積在磷化銦磷砷化鎵(InPGaAsP)量子阱結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池上，可將功率轉(zhuǎn)換效率提升17%，克服了這類組件中光子吸收率及光生電荷載子(photogeneratedchargecarriers)收集率無(wú)法兼顧的問(wèn)題。

制作高效率光伏(photovoltaic)組件的主要障礙之一，是材料本身的損耗會(huì)降低太陽(yáng)電池的功率轉(zhuǎn)換效率，其中功率轉(zhuǎn)換效率的定義為落在材料上的太陽(yáng)輻射量除以電池的輸出功率，因此選擇正確的材料是獲得高效率的關(guān)鍵。為了達(dá)到高效率，研究人員必須使用高光子吸收率的材料，這意味著含有量子阱的層狀結(jié)構(gòu)厚度必須不低于1μm，然而厚度一旦超過(guò)0.3μm，又會(huì)犧牲掉電荷載子收集率。加大團(tuán)體成功的關(guān)鍵便在于找到化解上述矛盾的方法。

Yu指出，位于磷化銦基板上的量子阱區(qū)受到低折射率材料上下包夾，形成平板波導(dǎo)(slabwaveguide)，光子會(huì)在波導(dǎo)內(nèi)平行電池表面?zhèn)鬟f，由于經(jīng)過(guò)的光徑較長(zhǎng)，因此有很高的機(jī)率被吸收。這個(gè)作法對(duì)于較薄的多層量子阱層也管用，而多層量子阱系統(tǒng)可提供較高的光生電荷載子萃取率。此外，他們?cè)谔?yáng)電池表面沉積金屬或介電質(zhì)納米微粒，將光散射至垂直波導(dǎo)的方向，通過(guò)提高太陽(yáng)電池收集的光量，進(jìn)而提升電流密度和功率的轉(zhuǎn)換。該團(tuán)隊(duì)表示，這種將光散射入組件內(nèi)部波導(dǎo)模的概念，可以應(yīng)用在薄膜光伏材料及任何無(wú)法鍍上抗反射膜的組件。

高效率量子阱太陽(yáng)電池非常合適要求高效率、質(zhì)輕體積小的太空應(yīng)用。相較于已成熟的多接面串迭型太陽(yáng)能電池(tandemcells)，量子阱太陽(yáng)能電池和相關(guān)的組件是單接面結(jié)構(gòu)，因此沒(méi)有困擾多接面結(jié)構(gòu)的電流匹敵(current-matching)問(wèn)題，這在應(yīng)用上是一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榻M件承接的太陽(yáng)輻射量會(huì)隨著位置、時(shí)間和大氣條件而變。該團(tuán)隊(duì)目前正在尋找低折射更率的基板，以進(jìn)一步提升補(bǔ)捉光的效率。