伊朗科学家展示了一种基于纳米粒子的多层硅纳米粒子 (SNP) 太阳能电池，这些纳米粒子在电介质中密集堆叠。他们考虑了不同的 SNP 结构和配置，以将这些粒子定制为 ap-n 结电池。

该结构由相同的硅纳米颗粒组成。图片：德黑兰大学

他们展示了这种固有纹理结构如何充当光吸收器，同时具有分离和传输光生载流子的潜力，并假设下方有金属触点（银），吸收体上方有抗反射涂层（ARC），以进一步类似于真实电池。

他们假设纳米粒子是球形的，选定半径为 300 纳米，折射率为 1.8，这与PEDOT:PSS和spiro-OMeTAD等材料提供的值一致。他们将具有两层和五层硅纳米球的多层 SNP 吸收器的吸收光谱与平坦层的吸收光谱进行了比较，发现这些基于颗粒的结构在更长的波长下提供了更好的吸收。

与平面结构相比，增加 SNP 层的数量会降低 SNP 结构的优势。这表明 SNP 细胞仅在使用几层时在光学上更可取。

平面细胞和 SNP 细胞的比较。图片：德黑兰大学

该研究小组还发现，在太阳能电池应用中，SNP 的密集分布优于稀疏的 SNP。这是因为 SNP 被认为是细胞中的主要吸收体。因此，它们之间的任何距离都会减少入射光子的吸收。

科学家们考虑了不同的 SNP 结构和配置，以将这些粒子定制为 ap-n 结电池。他们说这种电池的理论效率可以达到 11% 左右。

此外，通过在细胞结构顶部包含适当尺寸的二氧化硅纳米粒子，可以将光电流提高到 10% 左右。

他们在最近发表在《科学报告》上的“多层硅纳米颗粒太阳能电池的设计和分析”中描述了新的电池概念。

他们表示，这项研究中引入的电池配置在固有的纹理结构中提供了改进的光吸收。”有趣的是，这些特征甚至发生在纳米粒子随机分布的配置中。这个问题导致了制造这些超薄电池的简化方法。

宾夕法尼亚州立大学最近的另一项研究表明，纳米粒子提高了太阳能电池的效率，但这并不是研究人员预期的原因。

但这项研究也表明，如果你放入上转换纳米粒子或任何其他纳米粒子并不重要——由于增强了光散射，它们会显示出更高的效率。

他们说，通过简单地改变太阳能电池内纳米颗粒的形状、大小和分布，就可以实现更高的效率。

因此，一些最佳的形状、分布或尺寸实际上可以导致更多的光电流魔法。这可能是基于这项研究的想法的未来研究方向。