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      68.9%!光伏電池轉化效率再創世界記錄

      2021-08-18 09:31
      全球光伏
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      近日,Fraunhofer-ISE 研究人員在單色光下使用光伏電池獲得了68.9%的轉化效率,這是迄今為止在光能轉化為電能方面獲得的最高效率,世界記錄被再次刷新。

      68.9%的效率如何創造?

      ISE使用了一種由砷化鎵制成的薄光伏電池,并在半導體結構的背面上應用了幾微米厚的高反射導電鏡,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電池一直被認為效率最高的光伏電池,其超高的光電轉化效率讓它在空間應用中常用。

      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注到近兩年NREL首創的一種稱為動態氫化物氣相外延(D-HVPE)的新生長技術大大縮短了制作太陽能電池的時間,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。

      發電原理上,研究人員介紹,在光伏電池中,被電池結構吸收的光會釋放正負電荷,這些電荷被傳導到電池觸點的背面和正面以產生電能。當入射光的能量略高于半導體材料固有的帶隙能量時,便會產生光伏效應。因此,當單色激光作為光源與合適的半導體化合物材料匹配時,理論上可以實現高效率。

      據了解,這種薄膜方法在效率方面有兩個明顯的優勢。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,同時使得傳輸損耗最小化,使電池更高效。其次,通過輻射復合在內部額外產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。

      關于Fraunhofer-ISE 研究所

      Fraunhofer-ISE在光伏領域已經進行了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,為降低太陽能發電的成本做出了重要貢獻,目前擁有面積超過1000平方米的新型實驗室。

      為進一步減少光伏安裝所需的面積和材料使用,Fraunhofer ISE專注于疊層光伏發電,通過選擇性地結合不同的光伏電池材料來突破傳統的效率限制。

      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下了25.9%的紀錄;2021年4月,ISE開發了一種由III-V和硅半導體制成的新型單片疊層電池,創造了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展機遇,ISE現在的重點是優化最有前途的光伏電池技術以達到高效率,并促進疊層光伏的大規模工業生產。

      今日科普:2021年上半年,我國總發電量為3.87萬億千瓦時,同比增長13.7%。

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