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硅类多结太阳能电池转换效率达到30.2% 刷新世界纪录

2016-11-25 10:12
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  德国弗劳恩霍夫研究机构11月9日宣布,该机构的太阳能系统研究所(Solar Energy Systems ISE)与奥地利意唯奇集团公司(EV Group,EVG)合作,利用硅(Si)基板成功生产了转换效率高达30.2%的多结太阳能电池

  弗劳恩霍夫ISE等试制、转换效率达30.2%的Ⅲ-V族半导体与硅多结太阳能电池(出处:Fraunhofer ISE/A.Wekkeli)

  这一是德国弗劳恩霍夫研究机构与ISE研究所(FraunhoferISECalLab),对4cm2面积的太阳能电池测得的转换效率结果。

  该结果高于以前测量的纯硅类太阳能电池的转换效率纪录26.3%和理论转换效率29.4%,刷新了该类别的世界纪录。

  发布称,研究小组在此次成果中,采用了在电子产业广为人知的“晶圆直接键合(direct wafer bonding)”技术,将Ⅲ-V族半导体材料嵌入硅中2~3μm。

  具体为,激活等离子体之后,将太阳能电池单元材料在真空中加压键合。Ⅲ-V族半导体材料表面的原子与硅原子形成键,可制成单片元件。

  发布称,此次实现的转换效率,是完全整合的此种硅类多结太阳能电池的首项成果。

  Ⅲ-V族半导体与硅的多结太阳能电池,由各太阳能电池单元材料相互重叠构成。即“隧道二极管”将镓铟磷(GaInP)、砷化镓(GaAs)、硅三个材料层进行内部连接,以覆盖太阳光谱的吸收范围。

  最上面的GaInP层吸收300~670nm波长、中间的GaAs层吸收500~890nm波长、最下层的硅吸收650~1180nm波长的太阳光,并将其转换为电力。Ⅲ-V族半导体层是在GaAs基板上外延析出形成,与硅基板接合。

  虽然从外观无法了解内部结构的复杂性,但据称作为太阳能电池单元与以往的硅类产品相同。就是说,由于是前面与后面都有接点的简单结构,因此可以制造成太阳能电池板

  但称,外延析出和半导体与硅的连接成本的降低,是作为太阳能电池板实用化的课题。弗劳恩霍夫研究机构的研究小组打算在今后研究解决这一课题。

  目前,弗劳恩霍夫ISE正在弗里堡建设“高效率太阳能电池中心(Center for High Efficiency Solar Cells)”,据称将成为使用Ⅲ-V族半导体与硅的新一代太阳能电池技术的开发基地。

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