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能源环境新闻

ISE利用单色激光将光伏电池转换效率提升至68.9%

星之球科技 来源:Ringier2021-07-13 我要评论(0 )   

■Fraunhofer ISE研究团队使用基于砷化镓的新型薄膜光伏电池在单色激光下实现了创纪录的 68.9%转换效率(来源:Henning Helmers)目前,太阳能电池设备普遍安装在屋顶和...

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■Fraunhofer ISE研究团队使用基于砷化镓的新型薄膜光伏电池在单色激光下实现了创纪录的 68.9%转换效率(来源:Henning Helmers)


目前,太阳能电池设备普遍安装在屋顶和开放空间。近日,来自德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)的研究人员,在第48届IEEE光伏专家会议上宣布了其最新的研究成果。该研究团队通过激光技术,成功将光伏电池的光电转换效率提升至68.9%,这一纪录也打破了先前的任何数据。


研究人员的这项发现,将为生产高效光伏电池提供了技术支持。在专家会议上,研究团队展示所使用的单色激光工艺技术。项目研发过程中,研究团队使用了砷化镓制成的非常薄的光伏电池,并在其背面装载了高反射率导电镜。


光伏电池的作用是将光能转化为电能。入射光在由砷化镓半导体材料制成的电池结构中被吸收,吸收的光使正负电荷释放,然后传导到前后电池触点从而产生电能。当入射光的能量略高于半导体材料的固有带隙能量时“光伏效应”就发挥作用了。因此,当作为光源的单色激光器与合适的半导体化合物材料相结合时,理论上是可以产生非常高的光电转换效率。


在这种称为光能的新型能量传输中,激光能量通过空气或光纤传输到光伏电池,其特性与单色激光的功率和波长相匹配。与传统的铜线电力传输相比,光伏系统供电尤其适用于需要电隔离电源、防雷或防爆、电磁兼容性或完全无线电力传输应用等场景。


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■Henning Helmers博士


Fraunhofer ISE研究人员借助858nm激光器照射,使基于砷化镓的III-V族半导体光伏电池实现了创纪录的68.9%转换效率。这也是迄今为止光伏电池的最高转换效率。这一成功得益于特殊薄膜技术,其中光伏电池层首先在砷化镓基板上生长,然后被移除。


“这种薄膜方法在效率方面有两个明显的优势,”Fraunhofer ISE研究团队负责人、物理学家 Henning Helmers博士解释说,“首先,光子被‘困’在电池中,对于靠近带隙的光子能量实现了最大化吸收,同时也最大限度减少了热化和传输损失,使电池更高效。其次,电池内部通过辐射复合产生的额外光子,也被捕获并有效回收。这样就延长了有效载流子寿命,从而额外增加了电压。”


期间,研究团队还对比研究了背面反射器由金制成以及陶瓷和银的光学优化组合的的薄膜光伏电池,后者显示了更好的结果。此外,研究团队还开发了n-GaAs/p-AlGaAs异质结构作为吸收体,由于复合作用显示出极低的电荷载流子损失。


Fraunhofer ISE研究所所长Andreas Bett教授表示:“这是一个令人印象深刻的结果,显示了光伏电池用作太阳能发电以外的工业应用前景。光电传输具有多种应用,例如风力涡轮机的结构监测;高压线、飞机油箱中的燃料传感器或无源光网络的监控;来自体外的植入物的光供应;或用于物联网应用的无线电源,未来也将大有可为。


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