得益于北卡罗来纳州立大学研究人员最近开发的“超吸收”设计，薄膜太阳能电池可能很快就会具有吸收射向它们的大部分光的能力。
新设计不仅可以提高薄膜太阳能电池的光吸收效率，而且可以降低制造成本，因为所用半导体材料的厚度可以减少一个数量级以上（与传统设计相比）而不限制光吸收。
新设计图图片来源：北卡罗来纳州立大学
“最新的薄膜太阳能电池需要约100纳米（nm）厚的非晶硅层，以捕获大部分可用太阳能，”材料科学与工程学助理教授曹林有博士解释说。在北卡罗来纳州立大学任职，也是描述该工作的新论文的高级作者。“我们提出的结构仅使用10纳米厚的非晶硅层就可以吸收90％的可用太阳能。
“其他材料也是如此。例如，您需要一个1微米厚的碲化镉层来吸收太阳能，但是我们的设计可以使用50 nm厚的碲化镉层实现相同的结果。我们的设计还可以使30纳米厚的硒化铜铟镓层完全吸收太阳光。这是一个巨大的进步。”
当您考虑到以下事实时，这是特别重要的进步：（相对昂贵的）半导体材料是降低薄膜太阳能电池成本的主要限制因素之一。
曹说：“将半导体材料的厚度减少一个数量级将意味着生产效率的显着提高和成本的降低，因为电池将使用更少的材料，并且薄膜可以更快地沉积。”
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在横截面上，新设计看起来像一个矩形洋葱。吸光半导体材料覆盖矩形芯。半导体依次由三层不吸收光的抗反射涂层覆盖。
为了开发该设计，研究人员首先使用光阱技术研究了半导体材料的最大光吸收效率。他们发现，要最大限度地吸收太阳光，就需要进行设计，其中太阳光的捕光效率等于半导体材料的固有吸收效率。换句话说，为了最大程度地吸收太阳光，您需要使结构内部捕获的太阳光量与可以吸收的太阳光量相匹配。然后，研究人员设计了洋葱状结构，使它们的光捕获效率与薄膜太阳能电池中半导体材料的吸收效率相匹配。
“我们首先从理论上预测了给定半导体材料的最大太阳光吸收效率，然后提出了一种易于制造以达到预期最大值的设计。我们开发了一个新模型来进行这项工作，因为我们认为现有模型无法找到真实半导体材料的太阳吸收上限。“而且如果按照我们认为的方式工作，它将从根本上解决薄膜太阳能电池的光吸收效率问题。”
“超吸收结构的设计是为了方便制造，我们正在寻找合作伙伴来生产和测试该设计，”曹继续说道。通过标准的薄膜沉积和纳米光刻技术，该结构应该非常容易生产。我们很高兴与行业合作伙伴一起在下一代太阳能电池的生产中实施该设计。
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