用激光制造波可以提高太阳能电池的效率

激光加工可在广泛的区域内在硅中产生深涟漪 - 这可以提高太阳能电池的效率。

A * STAR科学家通过在其上扫描飞秒激光束，在硅表面上的广泛区域产生均匀的纳米级波纹图案。鉴于波纹表面的反射性远低于光滑表面，这种简单的创新可以通过提高太阳能电池获得更多阳光的能力来提高太阳能电池的效率。

目前，使用激光产生周期性表面结构是一个深入研究的领域。激光加工具有重要的优点，即它仅加热材料表面，使下面的结构不受影响。然而，许多激光加工方法是有限的：它们只能处理小区域和浅波纹。

现在，来自A * STAR新加坡制造技术研究所和南洋理工大学的Xincai Wang及其同事已成功解决了这些局限性。他们通过使用它在30毫米×30毫米的大面积上在硅衬底上产生均匀的纹波图案展示了他们的技术的潜力，平均纹波深度为300纳米 - 大约是其他技术的三倍。

“这种深度的增加可以大大减少光反射并改善波纹结构的光捕获能力，”Wang指出。“因此，如果结构用于光伏器件，更多的光将被困在结构内，从而提高器件效率。”

该技术简单而廉价，只需使用柱面透镜将飞秒激光束加宽到50微米的宽度，然后扫描光束穿过表面。

由于激光光子的能量超过硅的带隙，光子将电子从价带激发到导带。这种电子通常通过将它们的能量转移到原子晶格来松弛，从而加热它。然而，极短的脉冲持续时间意味着它们在表面上产生电子波。这又产生光波，其干扰入射的激光束。在入射和出射光波相互干涉的位置处移除硅，从而产生波纹图案中的谷。

研究人员发现，在波纹上，硅表面的平均反射率从39.7%下降到12.5%，这意味着由于波纹结构的强烈散射，光吸收增加了41%。可以利用这种效应来管理太阳能电池和发光二极管中的光子行为。