在太阳能电池板上蚀刻一个简单的图案可以增加125%的光吸收

太阳能电池板提供了巨大的潜力，可以让更多的人远离燃煤发电，而科学家设计的一项新创新将使传统太阳能电池捕获的光量增加一倍以上。

在一项新的研究中，一组来自英国、葡萄牙和巴西的科学家发现，在太阳能电池的棋盘设计中蚀刻浅图案的光栅线可以将晶体硅(c-Si)产生的电流提高高达125%。

约克大学的光伏研究员克里斯蒂安·舒斯特解释说，我们发现了一个促进超薄太阳能电池吸收的简单诀窍。

我们的调查表明，我们的想法实际上可以与更复杂的设计的吸收增强相媲美--同时也能吸收更多的光在飞机深处，而更少地吸收靠近表面结构本身的光。

该研究小组说，到目前为止，使用简单光栅设计的类似尝试在阳光吸收方面只产生了微乎其微的收益。

这导致了理论上更复杂的结构调整，更不用说各种基于太阳能的替代设计，包括反太阳能电池板、捕光藻类和透明太阳能电池。

虽然每一项发现都是朝着一个对化石燃料依赖较少(最终也不是)的世界的合法进步，但舒斯特和团队表示，即使对现有的太阳能电池技术进行非常简单的调整，也可以显著提高我们从太阳获取电力的能力。

研究人员没有着眼于基于自然纹理或计算算法的新结构设计，而是专注于确定哪些核心理论考虑因素可以实现太阳光散射和衍射的优化模式。

他们的目标是让太阳能电池通过捕获更多的阳光来吸收更多的能量，同时减少反射。

他们的模型表明，以简单的周期、准随机结构排列的光栅线优化了光子域的性能：光子结构内的区域，其中基本衍射元件以一维方式周期性地排列。

在一次实验中，研究小组模拟了棋盘图案光子域的性能，这种光子域由厚度仅为1微米(比蜘蛛网丝细几倍)的晶体硅片制成，并与其他类型的太阳能电池设计进行了比较，包括平面电池、垂直光栅线、交叉线等。

结果表明，具有随机旋转重复单元的棋盘产生的电流比任何竞争电池都多，并且产生的电流大约是没有光栅设计的传统太阳能电池的125%。

此外，由于棋盘设计固有的简单性，该团队表示，棋盘设计更容易工业化生产，而且比其他更复杂的纳米结构太阳能电池图案更坚固。

舒斯特说，我们的设计规则符合太阳能电池光捕获的所有相关方面，为简单、实用而又出色的衍射结构扫清了道路，其潜在影响超出了光子应用的范畴。

这种设计提供了进一步将太阳能电池集成到更薄、更灵活的材料中的潜力，从而创造了在更多产品中使用太阳能的更多机会。

研究人员承认，一旦制造措施到位，他们的建模结果在现实世界中可能不会那么令人印象深刻，这取决于用于制造和封装细胞的某些材料。改变平板的蚀刻深度或大小也会有影响。

尽管如此，该团队表示，他们在这里指出的设计原则可能会对太阳能电池设计产生积极影响，也会在相关领域产生积极影响，这些领域也依赖于类似于光衍射的破坏性物理功能，如隔音屏、防风板、防滑面等。

此外，研究小组认为，通过用棋盘形设计制造如此薄的太阳能电池，用于电池制造的资源的成本效益可能是原来的10倍。

舒斯特说，原则上，我们会用同样数量的吸收体材料多部署10倍的太阳能。

十倍薄的太阳能电池可以使光伏迅速扩张，增加太阳能发电量，并极大地减少我们的碳足迹。