本文来自中国科学院国家科学图书馆《科学研究动态监测快报》“先进能源科技专辑”，由国家能源局向本网供稿。请广大网民参考。

    美国佐治亚理工学院的科学家们通过采用光纤上生长的纳米级氧化锌涂覆一层染料敏化太阳电池材料的方法，研制了一种新型的三维光伏系统。这种方法使得PV可以安装在人们看不到、远离屋顶等传统位置的地方。佐治亚理工学院材料科学和工程系教授王林中表示：通过这种技术，光伏发电装置可以折叠、隐藏和移动，因为光纤能引导太阳光进入建筑物墙壁，而纳米结构PV则将光线转化为电能，它实际上是一种三维PV。这项研究得到美国国防高级研究计划局（DARPA）、KAUST全球研究伙伴关系和美国国家科学基金会（NSF）的资助，并发表于11月9日的Angewandte Chemie。

佐治亚理工学院制作三维PV系统使用的是电信业用来传输数据的光纤。首先，研究人员剥除了熔覆层；然后，在光纤表面覆盖一层导电涂料后，在表层涂上氧化锌；接下来，用成熟的基于溶液的工艺使氧化锌在光纤表面生长成纳米线，就像一把刷子上竖起来的毛；最后，在纳米线上涂覆一层实现光电转化的染料敏化材料。

这种光纤和纳米线混合结构的三维染料敏化太阳电池主体结构包括光纤和垂直生长于光纤表面的氧化锌纳米线阵列（如图所示）。太阳光从光纤一端延轴向入射并传播。三维太阳电池的核心设计思想在于入射光在光纤内传播过程中多次反射。每一次反射过程中，入射光会通过氧化锌纳米线与其表面附着的染料相互作用。多次反射增加了入射光子与纳米线表面的染料相互作用的次数，从而大大增加了对光线的吸收以及光电子的输运效率。实验结果表明，对于同一个三维染料太阳电池，相

光纤和纳米线混合结构的三维染料太阳电池结构和基本工作原理示意图 a-三维染料太阳电池包括光纤和垂直生长于光纤表面的氧化锌纳米线阵列。图中上半部为传统光纤用于光线的远程传输，下半部为太阳电池用于光电转换。 b-三维染料太阳电池的细节结构。

对于光线照射在光纤侧壁，光线延轴向传播将太阳电池的能量转换效率提高了六倍。

在一个太阳（AM 1.5）光照下，基于氧化锌纳米线的三维染料太阳电池的光电转换效率达到3.3%。在经过表面改性后，效率有望进一步提高到7%~8%；尽管仍低于硅基太阳电池，但这一效率对实际能量获取有用，并且这种方法的较低成本对许多应用领域都有吸引力。

该技术通过提供大表面积收集太阳光的方法使得能量产出得到最大化，也包括在弱太阳光下的能量收集。如果通过棱镜聚焦的方法，那么通过光纤的光线还会增加，同时光纤基太阳电池具有很高的饱和磁化强度。王中林研究团队认为，这种新结构将给建筑师和产品设计师提供一种较优的光伏安装模式。虽然这种光伏系统并不能够很快取代硅电池系统。但将有助于拓宽光伏能源潜在的应用领域。（魏凤  摘译）