瑞典隆德大学的物理学研究人员最近成功地构建了小型太阳辐射收集天线 - 纳米线 - 使用三种不同的材料，与今天的硅太阳能电池相比，这些材料更适合太阳光谱。由于纳米线重量轻，每单位面积需要的材料很少，因此现在将安装它们用于卫星测试，卫星由太阳能电池供电，效率与低重量相结合是最重要的因素。几天前，新的太阳能电池被送入太空。

隆德大学(Lund University)的一组纳米工程研究人员去年取得了突破，他们成功地构建了具有三种不同带隙的光伏纳米线。换句话说，这意味着同一根纳米线由三种不同的材料组成，它们对太阳光的不同部分做出反应。研究结果已发表在Materials Today Energy上，随后在Nano Research上更详细地发表。

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“最大的挑战是让电流在材料之间传输。这花了十多年的时间，但最终奏效了，“固体物理学教授Magnus Borgström说，他与当时的博士生Lukas Hrachowina一起撰写了这些文章。

全球有大约十个研究团队正在积极关注纳米线太阳能电池。

“挑战在于将太阳能电池中的不同带隙结合起来，因此这扇门现在终于打开了，”Magnus Borgström说。

未来硅的替代品

具有不同带隙的太阳能电池，称为串联太阳能电池，迄今为止主要存在于卫星上，是深入研究的主题。这项研究的目的是大大提高效率，可能是当今商用硅太阳能电池(约20%)的两倍。

“硅太阳能电池很快就达到了效率的最大极限。因此，现在的重点已经转移到开发串联太阳能电池上。安装在卫星上的变体太昂贵，无法放在屋顶上，“Magnus Borgström说。

构建串联太阳能电池的最常见方法是相互叠加合成不同的半导体材料，这些材料可以吸收太阳光谱的不同部分。硅基串联太阳能电池吸引了很多兴趣，并涉及在硅上铺设其他光捕获材料的薄的半透明薄膜。

隆德的研究人员使用了一种略有不同的方法。他们开发了一种方法，在基板上构建极薄的半导体材料棒。优点是单位面积的材料量少，可以降低生产成本，成为更可持续的替代品。

纳米厚的棒由三种材料组成，含有不同量的铟、砷、镓和磷。在实验室中，研究人员迄今为止已经实现了16.7%的效率。同事Yang Chen已经证明，使用目前的结构，纳米线太阳能电池有可能达到47%的效率。实现更高的效率需要更多的带隙。

在下一步中，他和他的同事将通过改进连接结构中不同材料的隧道结来优化三重二极管，并试图减少纳米线表面的影响，这在纳米尺度上非常重要。

除了改善的光吸收外，纳米线太阳能电池还具有耐用性的特点，例如，它们比相应的薄膜基串联太阳能电池更能承受太空中的有害辐射。

“一片纳米线可以比作非常稀疏的钉子床。如果一些侵略性的质子出现，这种情况时不时地发生，它们可能会落在电线之间，如果它们碰巧消除了一些电线，那就无关紧要了。如果它们落在普通薄膜上，损坏可能会更糟。

春季太空测试

这些优势导致纳米线太阳能电池最近安装在一颗研究卫星上，该卫星于一月的第二周由美国加州理工学院的研究人员合作伙伴送入太空。

“我们的许多数字通信都是由卫星控制的，而卫星又由太阳能电池供电。卫星传输GPS、电视传输、数据流量、移动电话和天气数据。

该卫星将于春季进入轨道，预计结果将持续收到。

Magnus Borgström认为，从长远来看，串联太阳能电池也将出现在地球上，但至少在最初，无硅太阳能电池将用于衣服，窗户和装饰等利基应用。