在未来，通过采用一些智能小纳米技术，太阳能电池的效率可以提高一倍。

研究人员目前正在开发未来的环境友好型太阳能电池，其能量将是当今电池的两倍。诀窍是结合两种不同类型的太阳能电池，以便利用更大部分的阳光。

“这些将成为世界上最有效和环保的太阳能电池。目前太阳能电池肯定同样高效，但它们既昂贵又有毒。此外，我们的太阳能电池中的材料很容易获得地球上的数量。这是一个重要的观点，“奥斯陆大学(UiO)物理系的Bengt Svensson教授和材料科学与纳米技术中心(SMN)说。

Svensson是挪威领先的太阳能研究人员之一，多年来，他领导了微型和纳米技术实验室(MiNaLab)的主要研究项目，该实验室由UiO和挪威研究所科学与工业研究基金会共同拥有。技术(Sintef)。使用纳米技术，原子和分子可以组合成具有非常特殊性质的新材料。

物理学家现在正在利用最好的纳米技术，并将在欧洲研究项目Solhet(特定应用的高性能串联异质结太阳能电池)开发新的太阳能电池，这是一个涉及能源研究所UiO的合作项目挪威Kjeller和布加勒斯特大学Polytehnica的技术(IFE)以及其他两个罗马尼亚机构。UiO的Solhet团队包括Raj Kumar(博士后)，Kristin Bergum(研究员)，Edouard Monakhov(教授)和Svensson。

现代太阳能电池

他们的目标是利用比目前更多的阳光光谱。今天的百分之九十九的太阳能电池是由硅制成的，硅是地球上最常见的元素之一。不幸的是，硅太阳能电池仅利用20%的阳光。世界纪录是25%，但是这些太阳能电池都含有稀有的有毒物质。理论上的限制是30%。对此限制的解释是硅电池主要捕获来自红光光谱的光波。这意味着大多数光波仍未被利用。

新太阳能电池将由两个能量捕获层组成。第一层仍将由硅电池组成。

“太阳光的红色波长以高效的方式在硅电池中发电。我们已经对硅做了大量的工作，所以只能获得更多的东西。”

新技巧是在硅电池顶部添加另一层。该层由氧化铜组成，并且应该捕获来自蓝光光谱的光波。

“我们已经设法生产了一个氧化铜层，可以捕获阳光中3%的能量。世界纪录是9%。我们目前正在努力将这一比例提高到20%。硅电池的组合在另一层和氧化铜电池在另一层意味着我们将能够吸收更多的光，从而减少能量损失。通过这种组合，我们可以利用35%至40%的阳光，“Bengt Svensson强调说。

太阳能电池板中还将有其他层。在后表面上，将沉积保护性玻璃层，以及将电导出太阳能电池的金属层。正面将具有抗反射涂层，从而捕获光线而不是反射光线。

太阳能电池板非常薄。各层的厚度将在一百到一千纳米之间变化。千纳米等于一微米。一根头发厚十倍。最棘手的举措之一是创建一个薄到1到2纳米的特殊层。Apollon将有更多的话要说，但首先要有一些理论解释。

创造导电子

所有太阳能电池材料均由半导体材料组成。半导体具有非常特殊的电气特性。这些电特性由带隙决定。

带隙表示为了产生导电电子需要多少能量。

没有任何带隙宽度的材料导电。带隙较大的材料不导电。半导体是具有中等带隙的材料，这意味着它们仅部分导电。

纳米技术用于设计具有非常特定带隙的材料。

当光子(即来自太阳的光粒子)撞击太阳能电池时，能量被传递到太阳能电池。这种能量通过带隙推动电子进入所谓的导带，在那里电子可以作为能量被收集和去除。

电子留下电子空穴。电子和电子空穴都可以导电。

“挑战在于开发具有足够大的带隙的氧化铜氧化物，以便在电子回落到电子空穴之前捕获电子。我们已经在这方面工作了很多年，我们是开始明白如何做到这一点。“

虽然时间不足，但仍有一丝光线：如果电子从电子空穴中移除超过一毫秒，就有可能捕获它们。

层之间的混乱

新太阳能电池中未解决的问题之一是不同层之间的边界区域。

“当这些层沉积在彼此之上时，发生化学反应，减少或在最坏的情况下破坏太阳能电池。”

一个问题是太阳能电池层之间的边界表面，其捕获来自蓝光的能量和最外层的氧化锌，其既保护电池又将电传导出电池。不幸的是，电子在这个边界表面死亡。

最大的挑战是硅层(捕获来自红光的能量)和氧化铜层(从蓝光捕获能量)之间的边界表面。

两个太阳能电池层各自运行良好，这也是Apollon达到目的的地方。当层沉积在一起时出现问题。那是发生不利的化学变化的时候。

“化学变化可以改变带隙。当带隙错误或有缺陷时，电子空穴再次被填充，然后才能捕获电子。”

一种可能性是在层之间沉积其他物质，以使化学变化最小化。

有许多方法可以创建此缓冲层。

“我们希望使用富含氢的材料。这可以平息化学变化并延长电子和电子空穴的寿命。”

另一种可能性是用缓冲液覆盖氧化镓，但这种物质并不完全对环境友好。纯镓是有毒的。

通过使缓冲液薄至仅为1-2纳米，化学效应最小化。

“中间层越厚，电子就越多被抑制。这会破坏电容。如果电子在缓冲层受到抑制，太阳能电池将不再起作用。”

从理论到实践

关于缓冲层应该如何出现的理论建模是在布加勒斯特的University Polytehnica完成的。

“他们非常擅长理论建模，”Bengt Svensson说。

布加勒斯特大学Polytehnica的Laurentiu Fara教授告诉Apollon，除其他外，他们已经计算并模拟了太阳能电池层的最佳厚度，这些层沉积在一起的最佳方式，以及理论上如何可能提取尽可能多的电量。

Laurentiu Fara强调说：“我们非常期望太阳能电池能够变得可靠和有利可图，但我们非常清楚仍然需要付出大量的努力。”

UiO正在执行该项工作的实验部分。IFE将开发大批量生产太阳能电池的原型。此外，IFE是整个研究项目的主要协调者。

“我们已经与挪威太阳能电池行业合作多年使用硅基太阳能电池技术。现在我们将研究两个太阳能电池层如何相互适应以获得最大量的太阳能电池技术。整个太阳能电池的功率以及两个电池如何在光学和电学上相互影响，“IFE的Sean Erik Foss和ØrnulfNordseth说道。

他们告诉我们，很多研究人员和技术公司正在研究新型太阳能电池，其底部有硅，顶部有一层“更奇特的材料”。

罗马尼亚太阳能电池公司Wattrom打算表明，有可能制造新的太阳能电池。

“该技术价格低廉，可以轻松扩大规模，用氧化铜生产太阳能电池的成本并不比硅更高，”Bengt Svensson说。

他认为太阳能电池的生产非常有利可图，因为光谱的利用率很高。

“即使效率提高十分之一，也会为太阳能电池行业带来可观的经济收益，但我们在这里谈论的是效率的显着提高。”

此外，太阳能电池即使在地平线上太阳低的地球上也能很好地运行，例如斯堪的纳维亚半岛。

他说，高效的太阳能电池可以改变未来对能源的整体思考方式。

“我们在阳光下拥有巨大的资源。如果我们可以百分之百地利用阳光，那么每年一小时的阳光将满足地球上所有的能量需求。因此，潜力巨大。原则上，有可能满足全世界对太阳能的需求。太阳能实际上是最具潜力的可再生能源。这就是我们想要利用的，“Bengt Svensson说。