《利用新穎微納結構提高光伏和光熱伏太陽能電池的效率》是依託浙江大學，由何賽靈擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：利用新穎微納結構提高光伏和光熱伏太陽能電池的效率
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：何賽靈
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光伏和光熱伏太陽能電池是實現太陽能轉換成電能的兩種有效手段，然而太陽光吸收效率普遍偏低成為制約其光電轉換效率的主要因素，直接影響它們的推廣和套用。基於此，本項目研究面向光伏和光熱伏太陽能電池套用的新穎微納結構，旨在藉助先進微納光學理論提高它們對太陽光的收集及吸收效率，進而提高其光電轉換效率。除了光學研究以外，對於光伏太陽能電池，我們還將建立光電物理模型探討其電學行為；對於光熱伏太陽能電池，我們還將對吸波器的輻射譜進行合理調控，並構建光熱物理模型揭示吸波器中熱能的傳導行為。從而揭示相應太陽能電池的光電轉換物理機理，從光、熱/電等方面最佳化設計新穎的微納結構。最後，採用先進的微納製備工藝對微納結構及相應的光伏/光熱伏太陽能電池進行探索製作，從實驗上驗證微納結構在光和電兩方面的有效性，開發新穎的太陽能電池。本項目有望為太陽能產業提供新穎的、有效的理論和技術方法。
結題摘要
光伏和光熱伏太陽能電池是實現太陽能轉換成電能的兩種有效手段，而太陽光吸收效率偏低成為制約其光電轉換效率（PCE）的主要因素。為此，本項目主要研究了面向這兩種太陽能套用的新穎微納結構。針對光伏套用，我們製備出結構化矽材料，實現了對入射光的三維調控；基於該材料的光電化學電池的PCE比平面電池提高141.1%；製備出TiO2納米管與納米棒複合結構，以此為陽極的光電化學電池效率比納米管提高了3倍；製備出隨機金字塔絨面矽電池和隨機結構化矽電池，相比平面電池，PCE分別提高了66.9%和32.1%。建立了光伏電池的光電混合物理模型，構建了基於金碗納米結構的非晶矽薄膜太陽能電池，對光吸收、載流子產生、複合、傳導行為進行了系統分析。對有機薄膜太陽能電池，提出了多種新穎結構設計，製備出的凹凸納米結構將PCE提高30%；在緩衝層中引入銀納米球，將PCE提高19.2%。還建立了金屬熱電子躍遷模型，基於錐形TiO2納米線將熱電子太陽能電池的PCE提高1.87倍。針對光熱伏套用，我們提出了多種吸波新機制，製備出金錐形同軸孔陣列、介質-金屬交替多層薄膜及其錐形等多種寬頻等離激元/超構材料吸波器，測得寬頻（400 nm - 2.1 μm）、廣角（＞60°）、偏振不敏感的高吸收回響（＞90%）。還製備出鐵納米結構和石墨納米結構，測得兩者吸收率在太陽光波段均大於95%。建立了太陽能熱光伏系統的物理模型，提出了棋盤狀選擇性吸波器和核殼納米小球陣列的選擇性輻射器，最佳化設計出新穎的吸波-輻射納米複合結構（吸波器：六角密堆的鎢三角形陣列，輻射器：鉭方塊光子晶體），使得太陽能熱光伏系統效率突破傳統光伏電池的Shockley-Queisser效率極限。研製出可套用於太陽能熱電發生器的大面積超薄太陽光加熱器，基於吸收/輻射光譜選擇性調控，獲得高於商業黑漆的工作溫度。總之，上述理論和實驗研究論證了微納結構套用於光伏和光熱伏太陽能電池的可行性，為太陽能研究領域提供了新穎且有效的理論和技術方法，它們可拓展至集成光學、生物光子學等領域，具有重要的科學意義。
