芬兰黑硅太阳能电池获突破 转换率升至22.1%

太阳能电池要提升效率，最好能一直正对阳光的来向，但要做到这点，就得安装追着太阳跑的定日装置，所费不赀又会增加系统复杂性，于是材料科学家想到另一个办法，就是开发出表面奈米结构有如剑山一般的特殊硅材料，这样一来不管阳光从哪个角度来都能吸收，这种材料也因此看起来特别黑，称之为“黑硅”(Black silicon)。

黑硅听起来是个好主意，不仅解决角度问题，还能省下抗反射涂层的成本，但是实际开发却没有当初预想到的好效果，主要原因是光子在硅晶太阳能电池结构中打出电子与电洞以后，有一定的机率电子会结合回去而没有产生电力，此现象称之为光生载流子复合(carrier recombination)，而这个现象的发生率与硅晶的表面积成正比，可以想见，由于黑硅的剑山结构表面积超大，其载流子复合损失率高得离谱，过去实验结果损失高达5 成，使得黑硅的转换效率反而低于一般太阳能电池。

为了减少这样的无谓损失，芬兰阿尔讬大学的研究团队，想到在黑硅的表面上增加一层铝薄膜，以抑制光生载流子复合的现象，将原本5成的损失率降至只有4%，此外也整合所有金属接点于太阳能电池背面，以增加受光面积，在测试中，这个新结构提升了黑硅太阳能电池转换效率将近4%，达22.1%，创下黑硅太阳能电池的纪录。

虽然离硅晶太阳能电池的转换率纪录还有差距，不过研究团队认为，黑硅在实际应用时，由于更能利用傍晚倾斜的阳光，因此整天下来的发电表现会更好，另一方面，研究团队也认为目前的表现并非黑硅的最高潜力，未来找出更佳的结构方式与材料组合，还能再进一步提升转换率。

阿尔讬大学的新发现，让黑硅概念咸鱼翻身，也提醒了人类，太阳能电池在技术上还有许多待进一步探勘的领域。