藍(lán)光光盤可以被重新利用做成壓模來(lái)增加太陽(yáng)能電池的效率。本周《自然-通訊》在線發(fā)表的一項(xiàng)研究利用了藍(lán)光光盤上半隨機(jī)的納米結(jié)構(gòu)--按照特定邏輯隨機(jī)排列的凹點(diǎn)與凸點(diǎn)能夠近乎完美地捕捉光線。

　　自然界中很多生物利用半隨機(jī)的納米結(jié)構(gòu)操控光線，但是人們近才認(rèn)識(shí)到這種結(jié)構(gòu)的重要性并考慮把它用于工程應(yīng)用上。然而制造這些半隨機(jī)圖案往往成本昂貴，這成為其廣泛應(yīng)用的阻礙。

　　美國(guó)埃文斯頓西北大學(xué)的黃嘉興和研究團(tuán)隊(duì)在用于儲(chǔ)存信息的藍(lán)光光盤上找到了適合管理光子的半隨機(jī)納米結(jié)構(gòu)。研究者發(fā)現(xiàn)無(wú)論這些光盤上儲(chǔ)存了什么信息，它們的結(jié)構(gòu)都很適合吸收和操控整個(gè)陽(yáng)光光譜的光線。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，研究者使用了一盤《警察故事3:超級(jí)警察》的藍(lán)光DVD碟片作為聚合物太陽(yáng)能電池的壓模。和沒(méi)有進(jìn)行圖案壓模的太陽(yáng)電池相比，這樣得到的半隨機(jī)納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出了更好地吸收整個(gè)陽(yáng)光光譜的能力和光電轉(zhuǎn)換效率。

　　因?yàn)樗{(lán)光光盤的制造已經(jīng)大規(guī)?；@個(gè)發(fā)現(xiàn)可以提供一個(gè)具有成本效益的制造光子管理和光線捕獲設(shè)備的方法，從而改善太陽(yáng)能電池和其他光電器件的性能。

　　盤點(diǎn)影響太陽(yáng)能電池效率的因素

　　影響太陽(yáng)能電池效率主要有電學(xué)損失和光學(xué)損失。光學(xué)損失主要是表面反射、遮擋損失和電池材料本身的光譜效應(yīng)特性。電量轉(zhuǎn)換損失來(lái)源包括載流子損失和歐姆損失。太陽(yáng)光之所以有很少的百分比轉(zhuǎn)換為電能，原因歸結(jié)于不管是哪一種材料的太陽(yáng)能電池都不能將全部的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電流。晶體硅太陽(yáng)電池的光譜敏感值沒(méi)有與太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度值完全重合。在光能臨界值之上一個(gè)光量子只產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)，余下的能量又被轉(zhuǎn)換為未利用的熱量。由于光的反射， 陽(yáng)光中的一部分不能進(jìn)入電池中。 隨溫度升高，在 P-N 結(jié)附近的厚度減少，從而電池的轉(zhuǎn)換效率就會(huì)下降， 所以電池的轉(zhuǎn)換效率在冬季要高于炎熱的夏天。

　　目前提高太陽(yáng)能電池效率的措施有如下幾個(gè)方面：

　　1.尋找光電轉(zhuǎn)換新材料—研究人員發(fā)現(xiàn)， 像氮化銦這類半導(dǎo)體，它的禁帶比原先認(rèn)為的明顯要小，低于 0.7 eV。這一發(fā)現(xiàn)表明，以含有銦、鎵和氮的合金為基礎(chǔ)的光電池將對(duì)所有太陽(yáng)光譜的輻射--從近紅外到紫外都靈敏。

　　2.太陽(yáng)能電池加工工藝革新—一般工業(yè)晶體硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為14%~16%，而采用新的激光加工技術(shù)能提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

　　3.功率點(diǎn)跟蹤--功率跟蹤 （maximu power point tracking,MPPT ）是并網(wǎng)發(fā)電中的一項(xiàng)重要的關(guān)鍵技術(shù)，是指控制改變太陽(yáng)電池陣列的輸出電壓或電流的方法使陣列始終工作在功率點(diǎn)上，根據(jù)太陽(yáng)電池的特性，目前實(shí)現(xiàn)的跟蹤方法主要有恒壓法、功率匹配電路、曲線擬合技術(shù)、微擾觀察法和增量電導(dǎo)法。

　　4.聚光技術(shù)--使用聚光光學(xué)元件形成聚光光伏電池，極大提高光電轉(zhuǎn)換效率、減小電池使用面積，同時(shí)由于小尺寸電池可以利用現(xiàn)有集成電路制作工藝來(lái)加工，從而使太陽(yáng)能光伏發(fā)電總體成本大幅度降低。聚光是降低光伏電池利用總成本的一種措施。通過(guò)聚光器使較大面積的陽(yáng)光聚在一個(gè)較小的范圍內(nèi)形成“焦斑 ”或“焦帶” ,并將光伏電池置于“焦斑”或“焦帶”上，以增加光強(qiáng)，克服太陽(yáng)輻射能密度低的缺陷，獲得更多的電能輸出。未來(lái)的發(fā)電模式應(yīng)該是“價(jià)廉物美的聚光光學(xué)元件+高轉(zhuǎn)化效率光伏電池 ”。