铜铟镓硒(CIGSe)太阳能电池由铜、铟、镓和硒薄黄铜矿层组成，可以实现很高效率。但是由于铟日益稀缺和昂贵，研究者旨在减薄CIGSe有源层，此举将使光电转换效率降低。现在，柏林亥姆霍兹中心生产出高质量超薄CIGSe有源层，通过在背接触和有源层之间加入纳米颗粒阵列以提高电池效率。

　　尺寸具有光波长大小的纳米颗粒以特定方式与光相互作用。柏林亥姆霍兹中心教授Martina Schmid领导的团队正在研究如何布局纳米粒子以改进太阳能电池和其他光电器件。团队现在已经报道超薄CIGSe太阳能电池研究成功(M. C. van Lare et al等人‚“超薄Cu(In,Ga)Se2太阳能电池中使用介质散射模式进行光耦合和捕获”，ACS Nano; DOI: 10.1021/acsnano.5b04091)。

　　CIGSe太阳能电池已经证明具有高效率，采用几微米厚有源层制备薄膜器件。但是，因为铟是一种稀有元素，有源层越薄越好。但薄层将降低效率，因为吸收的光更少。同时，如果有源层厚度小于1微米，将产生另一个问题：更多的载流子在底接触层相遇后复合，从而“丢失”。

　　合著者尹关潮这样论述他的博士项目，“我用了一年多时间制备出460nm超薄层，其光电效率可达11.1%。”随后他开始询问如何在太阳能电池不同层之间置入纳米颗粒。他的导师Schmid与阿姆斯特丹的FOM分子物理学研究所纳米光子中心的Albert Polman教授讨论了此问题。他们提出用纳米压印技术制备电介质纳米粒子阵列。

　　第一步，阿姆斯特丹的研究者在超薄太阳能电池顶部覆盖一层TiO2电介质纳米粒子，其作用是作为光陷阱以增加CIGSe层吸收能力。但是这并没有提高效率，像硅基太阳能电池已经证明的那样。尹博士继续测试，并最终发现了最好结构：纳米粒子阵列不在顶部，而是置于电池底部。

　　阿姆斯特丹的研究者直接在钼基板上制造了一系列二氧化硅(SiO2)纳米颗粒，这相当于太阳能电池的背接触层。在此结构化衬底上生长超薄CIGSe有源层，随后增添太阳能电池需要的其他层和接触点。采用这种结构，光电效率从11.1%提高到12.3%，而超薄CIGSe电池短路电流密度上升到2毫安/厘米2。利用附加的抗反射纳米颗粒，前端光电效率提高到13.1%。

　　尹博士解释说，“这会导致有效的光捕获，并不会使电池性能恶化。”进一步的研究表明，通过减少载流子复合几率，在背面的SiO2纳米颗粒也会提高光电效率。Schmid 说，“这只是一个开始，我们现在已经有设计新思路以增强吸收和减少复合，从而利用纳米粒子的光学和电子效益来提高效率。”

　　摘编自：http://www.dsti.net/Information/News/96710