藍(lán)光光碟造太陽能電池

藍(lán)光光碟以提供高存儲容量和高品質(zhì)影音著稱。不過最近，美國西北大學(xué)材料科學(xué)與工程系黃嘉興副教授的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，只用藍(lán)光光碟看片實在太屈才了———他們將電影藍(lán)光光碟上存儲數(shù)據(jù)的圖案，印在太陽能電池片上，結(jié)果電池片能夠吸收更多的光，轉(zhuǎn)化效率(光能轉(zhuǎn)化為電能)一下提高了22%。這項研究發(fā)表在雜志《自然·通訊》上。

黃嘉興的團(tuán)隊嘗試過各種藍(lán)光光碟，無論是何種視頻內(nèi)容，都可以提高太陽能電池的光吸收率，其秘密在電影藍(lán)光光碟的蝕刻圖案上。

藍(lán)光光碟中的秘密

研究發(fā)現(xiàn)，提高光吸收率的秘密就藏在藍(lán)光光碟的信息代碼中———藍(lán)光光碟和普通DVD光碟的原理相似，燒錄時會在光盤上蝕刻長短不同的訊坑，代表二進(jìn)制的“0”和“1”。在讀取數(shù)據(jù)時，激光照射到不同的訊坑上反射不同的激光，光監(jiān)測器由此讀取數(shù)據(jù)。

藍(lán)光光碟在刻錄數(shù)據(jù)時，采用的數(shù)據(jù)處理算法有兩個特點：壓制二進(jìn)制的視頻信息時，“0”和“1”是隨機(jī)排列的;為了防止光盤受到劃痕或者指紋的傷害，在燒錄光盤時，每隔幾個有效字節(jié)就要加入一段重復(fù)的錯誤控制代碼。

隨機(jī)代碼與有規(guī)律的錯誤控制代碼組成的紋路，使藍(lán)光光碟上形成了一種特殊的圖案———準(zhǔn)隨機(jī)圖案。再加上藍(lán)光光碟上的這些小坑要比普通DVD密集得多，代表“0”和“1”的訊坑長度分別為150納米和525納米，這種尺寸的納米結(jié)構(gòu)恰好非常適合用來捕獲整個太陽光譜的光。

準(zhǔn)隨機(jī)圖案的神奇

為什么印有準(zhǔn)隨機(jī)圖案的電池片，就比隨機(jī)圖案或未經(jīng)處理的電池片轉(zhuǎn)換效率高呢?研究者將規(guī)則圖案、隨機(jī)圖案、準(zhǔn)隨機(jī)圖案和藍(lán)光光碟上的圖案進(jìn)行對比。

通過實驗，研究者發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)隨機(jī)圖案十分接近藍(lán)光光碟圖案，兩者幾乎能把所有的光點“套住”，而規(guī)則圖案基本不能，完全隨機(jī)的圖案也漏掉不少。

所以，藍(lán)光光碟的圖案能幫助太陽能電池吸收更多的光。

怎么造

太陽能電池中，負(fù)責(zé)捕捉光子的是激活層。激活層的納米機(jī)構(gòu)會影響吸收光的能力。研究人員先剝離藍(lán)光光碟上層的塑料層，用有機(jī)硅材料覆蓋在光盤上“刻”印章，然后將印章壓在事先準(zhǔn)備好的激活層上。利用這種方法，研究人員將有機(jī)電池的轉(zhuǎn)換效率提升了將近22%。

在太陽能電池研究領(lǐng)域中，研究人員為了增加電池的轉(zhuǎn)換效率，一直在尋找各種方法改善電池片表面結(jié)構(gòu)，而且還要盡量降低制作成本。做一個準(zhǔn)隨機(jī)圖案的納米結(jié)構(gòu)模板很麻煩，而藍(lán)光光碟正好提供了現(xiàn)成的模板，因此黃嘉興團(tuán)隊的制作方法不僅有效提高了電池轉(zhuǎn)換效率，而且生產(chǎn)成本也很低———找張光盤就行。

　　離子加農(nóng)炮

造太陽能電池

致力研發(fā)太陽能及半導(dǎo)體超薄硅片技術(shù)的美國Twin Creeks公司透露，他們已經(jīng)研發(fā)出一種太陽能電池，價格比當(dāng)今世上最便宜產(chǎn)品的還低一半，更妙的是，太陽能電池是用粒子加速器制造出來的。

據(jù)悉，該公司的“亥伯龍神3”粒子加速器，通過發(fā)射氫離子轟擊硅板來制造非常薄的太陽能電池的硅晶片。

目前來看，幾乎所有的太陽能電池板都是把一大個晶體硅塊切割成200微米厚的硅片，加上電極板，用玻璃蓋封裝，然后放到一個有太陽的地方，通過光電效應(yīng)(當(dāng)光子撞擊硅，就激發(fā)出電子，產(chǎn)生了電，光能轉(zhuǎn)化成電能)發(fā)電。這種方法有兩大弊端：就像劈砍木材時會產(chǎn)生木屑一樣，當(dāng)把晶體硅塊分割成200微米的晶體硅片時，也會產(chǎn)生“硅屑”，造成浪費(fèi)，而且這種浪費(fèi)接近50%;另外，即使厚度小于200微米，表面上電池板還能運(yùn)作得很好，但是硅片卻因為太薄而變得易碎甚至破裂。

“亥伯龍神3”粒子加速器把氫離子發(fā)射到這些硅片上。嚴(yán)格控制加速器的電壓，發(fā)射氫離子使之聚集到硅片表面20微米深處。由機(jī)械手把這些硅片運(yùn)輸?shù)揭粋€熔爐中，硅片表面的氫離子在熔爐中被加熱成氫氣，這樣就把20微米厚的硅層就分離出來了。用金屬做襯底，使其變得不易碎。剩下的硅片，又可以供粒子加速器的再一次發(fā)射氫離子使用。將厚度變成了原來的1/10，減少硅片的浪費(fèi)。

　　樹木

造太陽能電池

來自喬治亞理工學(xué)院和普渡大學(xué)的研究人員開發(fā)出新型的高效太陽能電池，制作電池的材料來源于自然植物，比如隨處可見的樹木。同時，這些太陽能電池在使用壽命結(jié)束后，只要把它們泡在水里就行，就能快速實現(xiàn)回收再利用。

研究人員稱，這種有機(jī)太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了2.7%，遠(yuǎn)超其他使用可再生原材料作為基板的太陽能電池。

研究人員說，用來裝配太陽能電池的纖維素納米晶體基板是光學(xué)透明的，這使得光線可以穿過它們后，再被一層纖薄的有機(jī)半導(dǎo)體吸收。在回收再利用的環(huán)節(jié)上，只要在室溫下將太陽能電池浸入水中，僅需幾分鐘，該基板就會溶解，而電池本身則可以被輕松的分離出來。

　　光纖

造太陽能電池

一個由世界各國工程師、物理學(xué)家和化學(xué)家組成的團(tuán)隊制造出世界首款光導(dǎo)纖維太陽能電池。這些光導(dǎo)纖維的直徑比人的頭發(fā)絲還要細(xì)，而且柔軟可彎曲，同時具備太陽能電池的發(fā)電能力。

美國軍方已經(jīng)對這款奇妙的產(chǎn)品產(chǎn)生興趣，準(zhǔn)備將其作為軍用服裝的混織纖維，未來的美國大兵很可能會穿著一身電池上戰(zhàn)場。

據(jù)了解，這種太陽能電池本質(zhì)是玻璃質(zhì)光纖，科學(xué)家們使用高壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)，將n、i、p型非晶硅植入光纖，賦予它太陽能電池的功能。從功能上說，植入了非晶硅的光纖和普通太陽能電池并無不同。不同之處在于，人們在制造傳統(tǒng)太陽能電池時將非晶硅附在平面玻璃基板之上，制成產(chǎn)品自然與玻璃一樣堅硬;而光導(dǎo)纖維太陽能電池在植入硅時，突破了平面的限制，也因為材料的不同獲得了柔軟的特性。

研究人員表示，他們已經(jīng)制成了“數(shù)米長的光纖太陽能電池”，并且他們的新技術(shù)能夠制備“十米以上長度的光纖太陽能電池”。如果光纖太陽能電池的長度能達(dá)到此量級，剩下的問題就是將其織入衣物中。

這些光纖太陽能電池還有很多值得探討的功能。正因為它突破了平面的硅附著方式，所以這種太陽能電池沒有正反面之分，任何角度的光照都能產(chǎn)生電能，也不會隨著光照角度的變化而衰減效率。