68.9%！光伏電池轉(zhuǎn)化效率再創(chuàng)世界記錄

近日,Fraunhofer-ISE 研究人員在單色光下使用光伏電池獲得了68．9%的轉(zhuǎn)化效率,這是迄今為止在光能轉(zhuǎn)化為電能方面獲得的最高效率,世界記錄被再次刷新。

68．9%的效率如何創(chuàng)造?

ISE使用了一種由砷化鎵制成的薄光伏電池,并在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的背面上應(yīng)用了幾微米厚的高反射導(dǎo)電鏡,組件在858納米激光下照射。

砷化鎵,由于其在元素周期表上的位置而得名為III-V太陽能電池,砷化鎵GaAs電池一直被認(rèn)為效率最高的光伏電池,其超高的光電轉(zhuǎn)化效率讓它在空間應(yīng)用中常用。

圖:砷化鎵外延片

由于砷化鎵高昂的制造成本,地面光伏電站極少使用?！度蚬夥逢P(guān)注到近兩年NREL首創(chuàng)的一種稱為動態(tài)氫化物氣相外延(D-HVPE)的新生長技術(shù)大大縮短了制作太陽能電池的時(shí)間,有望帶來工藝成本的大幅下降,讓砷化鎵電池成本的平民化看到了希望的曙光。

發(fā)電原理上,研究人員介紹,在光伏電池中,被電池結(jié)構(gòu)吸收的光會釋放正負(fù)電荷,這些電荷被傳導(dǎo)到電池觸點(diǎn)的背面和正面以產(chǎn)生電能。當(dāng)入射光的能量略高于半導(dǎo)體材料固有的帶隙能量時(shí),便會產(chǎn)生光伏效應(yīng)。因此,當(dāng)單色激光作為光源與合適的半導(dǎo)體化合物材料匹配時(shí),理論上可以實(shí)現(xiàn)高效率。

據(jù)了解,這種薄膜方法在效率方面有兩個(gè)明顯的優(yōu)勢。首先,光子被捕獲在電池中,靠近帶隙的光子能量得到最大化吸收,同時(shí)使得傳輸損耗最小化,使電池更高效。其次,通過輻射復(fù)合在內(nèi)部額外產(chǎn)生的光子被捕獲并有效回收,延長了有效載流子壽命,從而增加了額外電壓。

關(guān)于Fraunhofer-ISE 研究所

Fraunhofer-ISE在光伏領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了40年的前沿研究,該研究所通過對不同類別材料的研究不斷提高光伏電池效率,為降低太陽能發(fā)電的成本做出了重要貢獻(xiàn),目前擁有面積超過1000平方米的新型實(shí)驗(yàn)室。

為進(jìn)一步減少光伏安裝所需的面積和材料使用,Fraunhofer ISE專注于疊層光伏發(fā)電,通過選擇性地結(jié)合不同的光伏電池材料來突破傳統(tǒng)的效率限制。

2020年8月,Fraunhofer-ISE直接在晶硅表面生長的III-V/Si疊層光伏電池效率創(chuàng)下了25．9%的紀(jì)錄;2021年4月,ISE開發(fā)了一種由III-V和硅半導(dǎo)體制成的新型單片疊層電池,創(chuàng)造了35．9%的效率記錄。

目前,像鈣鈦礦這樣的新材料也帶來了新的發(fā)展機(jī)遇,ISE現(xiàn)在的重點(diǎn)是優(yōu)化最有前途的光伏電池技術(shù)以達(dá)到高效率,并促進(jìn)疊層光伏的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

今日科普:2021年上半年,我國總發(fā)電量為3．87萬億千瓦時(shí),同比增長13．7%。

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