黑硅太阳能电池

　　太阳能电池将太阳光谱中的3/4的能量转换成电能，其中在标准太阳能电池中红外光谱则完全丢失了。与此相反，黑硅太阳能电池是主要为吸收此部分光谱而特别设计，而且科研人员最近已经成功将其整体效率翻倍。

　　太阳能从一个深蓝色的天空中照耀下来，然后屋顶太阳能电池将太阳能转换为电能。但是，并不是所有的光都转换为了电能，其中有1/4左右的太阳光谱由红外辐射组成，这部分光并不能被标准太阳能电池转换为电能，因此这部分热辐射就丢失了。一种解决该问题的方法是使用黑硅，这种材料可以吸收照射到它的几乎全部的太阳光，包括红外辐射，然后将其转换为电能。但是这种材料是如何生产的呢？“黑硅是在含硫的大气环境中，通过使用飞秒激光脉冲照射标准硅生产出来的。”弗劳恩霍夫海因里希赫兹研究所（HHI）--纤维光学传感系统项目组--“能量转换纳米材料”科研小组的负责人Stefan Kontermann博士解释说。“这样构成的表面，并且将硫原子集成到硅晶格中，使得处理过的材料显现黑色。”如果生产商使用黑硅来制造太阳能电池，那么太阳能电池就可利用全太阳能光谱，从而显著提高电池效率。

　　HHI的科研人员现在正努力使黑硅太阳能电池翻倍，换句话说，他们已经创造出了可以利用红外光谱生产更多电能的电池。“我们通过修改用来辐射硅的激光脉冲的形状来实现上述目标。”Kontermann说。这就使科学家解决了黑硅的一个关键问题：在正常硅中，红外光没有足够的能量去激发电子到导电带中并将其转换为电能，但是含硫的黑硅形成了一种中间层。你可以将其比作爬墙：第一次你失败了，因为墙太高，但是第二次你成功了，因为使用中间层你可以分两步爬墙。但是，在硫中这种中间层并不仅仅让电子爬墙，它还可以反向工作，使导电带中的电子通过中间层跃至背部，这使得电能又一次丢失。通过修改驱使硫原子进入原子晶格的激光脉冲，科研人员能改变晶格中三个原子的位置，并且改变他们的层高度，也就是他们的能级。“我们使用激光脉冲来改变嵌入的硫，是为了将能攀登的电子数目最大化，同时将能返回的的电子数目最小化。”Kontermann总结说。

　　在项目的第一阶段，科学家修改了激光脉冲，并且调研了是怎么样改变黑硅的特性，以及黑硅太阳能电池的效率的。现在他们正在致力于使用不同形状的激光脉冲，并且分析是怎样改变硫的能量级的。在未来，他们希望一个算法系统可以自动确定为了达到最优的效率应该怎样修改激光脉冲。“定制化的光脉冲”项目是“365 Places in the Land of Ideas”竞赛的获胜者之一，颁奖典礼将于2012年10月11日在戈斯拉尔举行。

　　科研人员已经成功建造了黑硅太阳能电池的雏形，下一步他们试图将电池与商业化技术相结合。“我们希望结合黑硅的使用，能将商业化太阳能电池的效率提高1个百分点，目前商业化效率大约为17%。”Kontermann说。他们的起点是标准的商业化太阳能电池：专家简单地将背板去除，然后将黑硅合并为电池的一部分，从而创造了一个包含常态硅和黑硅的串联太阳能电池。科研人员正计划一个副产品：出售激光系统，生产商将能够拓展他们已有的太阳能电池生产线。生产商将可以自己生产黑硅，并且将其置入标准电池当中。