中頻太陽能電池潛力或超出了震蕩－奎塞爾極限的限值

導(dǎo)讀西班牙的研究人員分析了開發(fā)中頻太陽能電池（IBSC）的重要技術(shù)，IBSC是一種太陽能光伏技術(shù)，被認(rèn)為超出了震蕩－奎塞爾極限的限值。他們確定了目前已用于制造IB材料和IBSC原型的四項(xiàng)成熟技術(shù)。他們的未來目標(biāo)是找到合適的材料來制造廉價(jià)且非常高效的IBSC。

西班牙馬德里政治大學(xué)（IES－UPM）太陽能研究所的科學(xué)家研究了中頻太陽能電池（IBSC）的潛力，該技術(shù)是一種太陽能光伏技術(shù)，被認(rèn)為超過了震蕩－奎塞爾極限（最大理論值）通過檢查每個(gè)入射光子提取的電能量，可以計(jì)算出使用單個(gè)PN結(jié)的太陽能電池可能達(dá)到的效率。

研究合著者伊尼戈·拉米羅（I?igoRamiro）說“在過去的二十年中，全球數(shù)十個(gè)小組一直在使用我們?cè)诒疚乃枋龅乃姆N技術(shù)方法中采用不同材料的IBSC實(shí)驗(yàn)裝置。研究合著者安東尼奧·馬蒂（Antonio Marti）補(bǔ)充說“過去15年來，我們的大學(xué)一直在開發(fā)實(shí)際的IBSC原型。到目前為止，我們的目標(biāo)是對(duì)基礎(chǔ)物理進(jìn)行演示，而現(xiàn)在，是找到合適的材料來制造廉價(jià)且非常高效的IBSC。”

根據(jù)他們的發(fā)現(xiàn)，發(fā)表在《光伏中的進(jìn)步》中的中頻太陽能電池現(xiàn)在和將來對(duì)這種類型的電池的研究已達(dá)到成熟階段，該技術(shù)在實(shí)際實(shí)施方面仍處于起步階段。該組織解釋說“我們認(rèn)為，受迄今為止探索的材料和技術(shù)數(shù)量的影響，對(duì)于IBSC研究應(yīng)采取何種方法從概念驗(yàn)證到高效轉(zhuǎn)換存在一些困惑。”

這些電池在維持高輸出電壓的同時(shí)提供了較大的光生電流，它們依賴于導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的中間帶，從而增加了器件的感應(yīng)光電流，從而提高了效率。在這些單元中，能量不足以將電子從價(jià)帶泵送到導(dǎo)帶的光子可以使用此中間帶作為墊腳石，以生成額外的電子－空穴對(duì)。

根據(jù)作者的說法，IBSCs在一個(gè)理想的配置可以提供高達(dá)63％的效率下，最大的光濃度?？茖W(xué)家解釋道“實(shí)際上，IBSC的極限效率與三間隙串聯(lián)電池非常接近。即使在一個(gè)太陽光照下，它的效率仍比單間隙太陽能電池高出約50％?！?/p>

學(xué)者們確定了四種已被采用的成熟技術(shù)，這些技術(shù)目前已用于制造IB材料和IBSC原型。其中包括量子點(diǎn)（QD），具有深層雜質(zhì)的本體（DLI），高度失配的合金（HMA）和有機(jī)分子（OM）。

該研究還列出了過去二十年來與IBSC技術(shù)相關(guān)的最重要的實(shí)驗(yàn)里程碑。該小組指出“這種雙光子光電流（TPPC）的過程于2006年首次使用InAs ／ GaA（銦／砷化鎵）外延量子點(diǎn)（EQD）進(jìn)行了驗(yàn)證。2010年在低溫下運(yùn)行的InAs ／ GaAs EQD原型中報(bào)道了電壓保存的首次演示。另一個(gè)里程碑是在低溫下在GaSb ／ GaAs EQD原型中演示了雙光子光電壓?！?/p>

研究人員指出，尚有兩個(gè)主要的實(shí)驗(yàn)里程碑。他們確認(rèn)“第一個(gè)同時(shí)展示了對(duì)帶隙以下光子的光電流響應(yīng)和電壓保持，到目前為止，據(jù)報(bào)道，在短路條件下（V ＝ 0），帶隙以下吸收；在開路（J ＝ 0）下，電壓保持得到報(bào)道?！?/p>

盡管對(duì)該電池技術(shù)的研究量不斷增加，但迄今為止制造的IBSC設(shè)備尚未充分利用中頻帶的優(yōu)勢(shì)，并且仍然很難弄清楚哪種技術(shù)將在未來流行。

然而，根據(jù)科學(xué)家的說法，膠體量子點(diǎn)（CQDs）仍在很大程度上未被開發(fā)，它有可能克服外延量子點(diǎn)（EQDs）中的主要局限性。作者在論文中指出“每種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但總的來說，QD可以驗(yàn)證IBSC運(yùn)行中預(yù)期的大多數(shù)現(xiàn)象。CQD是一種潛在的低成本技術(shù)，可以設(shè)想在平板PV中使用IBSC?！?/p>

兩位研究人員告訴表示“我們認(rèn)為，一旦開發(fā)出高效的IBSC，科學(xué)界就會(huì)投入更多的精力來優(yōu)化這些設(shè)備的性能。我們相信，一旦IBSCs被證明是非常高效和具有潛在成本效益的，根據(jù)細(xì)分市場(chǎng)，業(yè)界將會(huì)表現(xiàn)出極大的興趣?！?/p>

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