日本探索“熱回收”太陽能電池概念 可超越電池效率理論極限

導(dǎo)讀日本研究人員展示了一種“熱回收”太陽能電池的新概念，他們聲稱這種電池有可能超過電池效率的理論極限。然而，他們說，一種適合能量過濾層的材料還沒有被發(fā)現(xiàn)。該電池配備了一個(gè)100微米厚的硅吸收器，兩個(gè)電極和載能過濾層放置在吸收器和電極之間。

來自日本國家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所（AIST）可再生能源研究中心和東京大學(xué)固體物理研究所（ISSP）的科學(xué)家展示了熱回收（HERC）太陽能電池的新概念。該設(shè)計(jì)依賴于晶體硅，而不是昂貴的強(qiáng)吸收直接缺口半導(dǎo)體材料。

在發(fā)表于《物理評論應(yīng)用》的論文《熱回收太陽能電池》中，演示的太陽能電池配備了一個(gè)100微米厚的硅吸收層，可以在高溫下提取“熱”電荷載體，在它們的能量以熱的形式損失之前。

該電池還包括兩個(gè)電極，以及位于吸收器和電極之間的載流子能量過濾層。由于能量過濾層的溫度梯度，電池的性能有所提高。

該模擬基于太陽能電池的非平衡理論。該理論描述了吸收器中載流子的動力學(xué)、熱分解和萃取過程，并提供了一組速率方程來確定電子微觀狀態(tài)下的分布函數(shù)。

根據(jù)科學(xué)家們的說法，這種新的電池概念表明，硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率還有提高的空間，超過了所謂的沖擊－奎塞爾極限，即理論效率的最大值34％左右。

AIST的研究員Kenji Kamide說“我們和其他與我們合作的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正試圖通過實(shí)驗(yàn)室水平的實(shí)驗(yàn)來獲得它的概念證明。”

他認(rèn)為，濾波層的半導(dǎo)體材料需要有合適的帶偏移量，為能量選擇性載流子傳輸提供最佳的阻擋高度，同時(shí)還需要低導(dǎo)熱系數(shù)，以獲得濾波層內(nèi)部較大的溫度梯度。“現(xiàn)在我們正在尋找用于能量過濾層的最佳候選材料，”他說。

據(jù)微鋰電小組分析，與傳統(tǒng)的太陽能電池不同，該電池具有正溫度依賴性，這意味著吸收器的效率隨著溫度的升高而提高。此外，Kamide說“實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵和最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)是找到合適的能源過濾層材料，避免安裝到（熱回收）HERC結(jié)構(gòu)中可能出現(xiàn)的任何其他問題?！?/p>

當(dāng)被問及這種電池的成本時(shí)，Kamide表示，現(xiàn)在尚無法進(jìn)行成本估算，因?yàn)楹蜻x材料尚未確定。他肯定地說“當(dāng)然，低成本材料應(yīng)該更好?！?/p>