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超薄太阳能电池的效率达到了创纪录的近20%

  • 科技
  • 2020-02-04 16:23:26
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纳米科学与纳米技术中心(C2N)的研究人员与德国弗劳恩霍夫研究所(ISE)的研究人员合作,利用纳米结构后视镜上由205纳米厚度的GaAs组成的超薄吸收层,有效地将阳光捕获在太阳能电池中。这种新的结构将电池的效率提高到近20%。

到目前为止,最先进的太阳能电池所需的20%的效率至少one-micrometer-thick层半导体材料(砷化镓,CdTe或铜铟镓硒),甚至40µm或更多,在硅的情况下。显著的厚度减少将使材料节省稀有材料,如碲或铟和工业生产能力的改善,由于较短的沉积时间。然而,减薄吸收剂会自动降低阳光的吸收和转换效率。电池背面的平镜可以导致双通吸收,但仅此而已。先前的光捕获尝试由于光学和电损耗而在性能上受到很大的限制。

领导的研究小组的研究人员Stephane科林和安德里亚Cattoni de纳米科学中心et de Nanotechnologies-C2N (CNRS / Paris-Saclay大学),与弗劳恩霍夫伊势合作开发了一种新策略在超薄层捕获光的只有205 nm厚的砷化镓,半导体III-V大家庭的一员。指导思想是生产一个纳米结构的背镜,在太阳能电池中创建多个重叠的谐振,即法布里-珀罗谐振和导模谐振。它们使光在吸收器中停留的时间更长,从而在材料量少的情况下实现高效的光吸收。由于大量的共振,吸收增强了一个大的光谱范围,适合太阳光谱从可见光到红外。在纳米尺度上控制有图案镜子的制造是该项目的一个关键方面。该团队使用纳米压印光刻技术(一种廉价、快速和可扩展的技术)来浮雕一种由二氧化钛制成的溶胶-凝胶薄膜。

超薄太阳能电池还能进一步改进吗?发表在《自然能源》(Nature Energy)杂志上的研究表明,这种架构在短期内应该可以实现25%的效率。即使极限仍然未知,研究人员相信厚度可以进一步减少至少两倍的效率损失。由于成本问题,砷化镓太阳能电池在商业上仍局限于空间应用。然而,研究人员已经将这一概念扩展到由CdTe、CIGS或硅材料制成的大规模光伏发电。

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