超薄太陽能電池的效率達(dá)到近20％
光伏產(chǎn)業(yè)網(wǎng)訊
發(fā)布日期：2019-08-16
核心提示：
超薄太陽能電池的效率達(dá)到近20％。
納米科學(xué)和納米技術(shù)中心（C2N）的研究人員與德國Fraunhofer ISE的研究人員合作，通過在納米結(jié)構(gòu)背鏡上制成205nm厚的GaAs超薄吸收層的新型太陽能電池結(jié)構(gòu)，獲得了接近20%的高轉(zhuǎn)換效率。
到目前為止，具有20％效率的最先進(jìn)的太陽能電池需要至少1微米厚的半導(dǎo)體材料層（GaAs，CdTe或銅銦鎵硒），或者甚至40μm或更厚的硅材料層。厚度減少從而縮短了沉積時(shí)間，進(jìn)而節(jié)省了諸如碲或銦等稀缺材料的用量。但是，減薄吸收劑會(huì)隨之減少陽光的吸收和轉(zhuǎn)換效率。電池背面的平面鏡具有雙向吸收通路，但其本身并不能吸收。以往的捕獲光的方式使得太陽能電池在光學(xué)和電學(xué)損耗方面的性能受到很大限制。
由StéphaneCollin和Andrea Cattoni領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的研究人員與Fraunhofer ISE合作，在納米科學(xué)和納米技術(shù)中心-CNN（CNRS /巴黎 - 薩克萊大學(xué)）的研究小組中開發(fā)了一種通過205nm厚的III-V族半導(dǎo)體砷化鎵來捕獲光的新方式。主要是制造納米結(jié)構(gòu)的背鏡，以在太陽能電池中產(chǎn)生多個(gè)重疊共振，即為法布里 - 珀羅和導(dǎo)模共振。它們限制光在吸收器中停留更長時(shí)間，盡管材料量很少，但仍能實(shí)現(xiàn)有效的光學(xué)吸收。由于存在無數(shù)共振，在從可見光到紅外的太陽光譜的大光譜范圍內(nèi)吸收得到增強(qiáng)。控制納米級(jí)背鏡的制造是該項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵方面。團(tuán)隊(duì)使用了納米壓印光刻技術(shù)，是一種廉價(jià)，快速和可擴(kuò)展的技術(shù)，用于壓印溶膠 - 凝膠衍生的二氧化鈦薄膜。
這種超薄太陽能電池還能進(jìn)一步改善性能嗎？發(fā)表在Nature Energy上的研究成果表明，這種架構(gòu)在短期內(nèi)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)25％的效率。即使現(xiàn)在還不確定該項(xiàng)技術(shù)的極限是多少，研究人員仍然確信厚度可以進(jìn)一步減少至少兩倍而不會(huì)降低效率。GaAs 太陽能電池受成本制約在商業(yè)化應(yīng)用上還存在一定限制，因此研究人員已將這一技術(shù)概念擴(kuò)展到由CdTe，CIGS或硅材料制成的大型光伏器件上。