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太陽能電池要提升效率，最好能一直正對陽光的來向，但要做到這點，就得安裝追著太陽跑的定日裝置，所費不貲又會增加系統複雜性，於是材料科學家想到另一個辦法，就是開發出表面奈米結構有如劍山一般的特殊矽材料，這樣一來不管陽光從哪個角度來都能吸收，這種材料也因此看起來特別黑，稱之為「黑矽」（Black silicon）。

黑矽聽起來是個好主意，不僅解決角度問題，還能省下抗反射塗層的成本，但是實際開發卻沒有當初預想到的好效果，主要原因是光子在矽晶太陽能電池結構中打出電子與電洞以後，有一定的機率電子會結合回去而沒有產生電力，此現象稱之為光生載流子復合（carrier recombination），而這個現象的發生率與矽晶的表面積成正比，可以想見，由於黑矽的劍山結構表面積超大，其載流子復合損失率高得離譜，過去實驗結果損失高達5 成，使得黑矽的轉換效率反而低於一般太陽能電池。

為了減少這樣的無謂損失，芬蘭阿爾託大學的研究團隊，想到在黑矽的表面上增加一層鋁薄膜，以抑制光生載流子復合的現象，將原本5 成的損失率降至只有4%，此外也整合所有金屬接點於太陽能電池背面，以增加受光面積，在測試中，這個新結構提升了黑矽太陽能電池轉換效率將近4%，達22.1%，創下黑矽太陽能電池的紀錄。

雖然離矽晶太陽能電池的轉換率紀錄還有差距，不過研究團隊認為，黑矽在實際應用時，由於更能利用傍晚傾斜的陽光，因此整天下來的發電表現會更好，另一方面，研究團隊也認為目前的表現並非黑矽的最高潛力，未來找出更佳的結構方式與材料組合，還能再進一步提升轉換率。

阿爾託大學的新發現，讓黑矽概念鹹魚翻身，也提醒了人類，太陽能電池在技術上還有許多待進一步探勘的領域。

資料來源:科技新報