由普林斯頓大學(xué)機(jī)電工程系納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室主任周郁（音譯）教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)使用納米結(jié)構(gòu)的金屬和塑料“三明治”來(lái)收集和誘捕光線，將有機(jī)太陽(yáng)能電池效率提升了175%。周教授表示，這項(xiàng)技術(shù)也應(yīng)能提高傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)太陽(yáng)能集熱器，如標(biāo)準(zhǔn)的硅太陽(yáng)能電池板的效率。
導(dǎo)致太陽(yáng)能電池?fù)p失能量的兩個(gè)主要問(wèn)題是：電池的光反射及無(wú)法充分捕捉進(jìn)入電池的光線。研究團(tuán)隊(duì)的金屬“三明治”新結(jié)構(gòu)——次波長(zhǎng)等離子腔可同時(shí)解決這兩個(gè)問(wèn)題，其具有抑制反射和捕獲光線的非凡能力。
新電池的頂層（即窗口層）使用極精細(xì)金屬網(wǎng)，金屬厚度為30納米，網(wǎng)孔直徑為175納米，間隔為25納米。該金屬網(wǎng)取代了以往由銦—錫—氧化物（ITO）材料制成的窗口層。
該網(wǎng)格狀窗口層與“三明治”結(jié)構(gòu)的底層非常接近，底層使用的是與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池中相同的金屬膜。兩個(gè)金屬板之間夾雜著太陽(yáng)能電池板中使用的半導(dǎo)體材料薄帶。其可以是硅、塑料或砷化鎵中的任一種。周郁研究團(tuán)隊(duì)使用的是85納米厚的塑料。
太陽(yáng)能電池的網(wǎng)孔間隔，“三明治”結(jié)構(gòu)厚度乃至網(wǎng)孔直徑，都要小于所收集的光的波長(zhǎng)。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，使用這些次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，使他們能夠創(chuàng)建出一個(gè)幾乎“有來(lái)無(wú)回”的光陷阱。
此項(xiàng)新技術(shù)使研究團(tuán)隊(duì)最終創(chuàng)造出一個(gè)僅反射4%光線，即光吸收率高達(dá)96%的太陽(yáng)能電池。在陽(yáng)光直射情況下，其光電轉(zhuǎn)換效率要比常規(guī)太陽(yáng)能電池高出52%；在陰天或電池不直接面向太陽(yáng)，光線以更大角度入射到太陽(yáng)能板時(shí)，該結(jié)構(gòu)可獲得更高的效率。通過(guò)捕捉斜射光線，新結(jié)構(gòu)可額外提升81%的效率，從而使最終的效率增長(zhǎng)達(dá)到了175%。
該項(xiàng)研究得到了美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局、海軍研究辦公室和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助。
