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技术突破 多接合硅晶太阳能电池效率达30%!

发表于:2016-11-11 09:01:55 来源:集邦新能源网

硅晶太阳能电池是目前太阳能发电技术的主流,但以目前已大规模商业化的技术而言,其转换效率预期很难超过23%。业界与研究单位持续积极研发各种技术,以突破效率天花板;最新公开的技术证实,太阳能电池效率可突破30%。

德国Fraunhofer太阳能系统研究所(ISE)与奥地利公司EV Group(EVG)合作,成功以硅晶太阳能电池为基础,加上拥有两个电极的多接合太阳能电池技术,让太阳能电池的转换效率一举冲高到30.2%。

Fraunhofer ISE和EVG的研究员透过直接外延片接合(direct wafer bounding)工艺将微米级的三五族半导体材料转换为硅材;经电浆活化后,外延片表面的次电池(subcell)将呈现真空状接合,使三五族次电池表面的原子与硅原子紧密接合,形成以硅材为基础的次电池。

 

 

透过堆叠磷化铟镓(GaInP)、砷化镓(GaAs)、硅(Si)等三种次电池所构成的多接合电池,能吸收更广光谱的太阳光,转换效率也能大幅提升。Fraunhofer ISE和EVG成功使4平方公分面积的三五族半导体/硅材多接合电池之转换效率提高到30.2%,突破了硅晶太阳能电池的理论效率天花板29.4%,并由Fraunhofer实验室检证完成。

 

 

三五族半导体/硅材多接合太阳能电池的电流与电压变化曲线图。(来源:Fraunhofer)

目前,这类三五族半导体/硅材多接合电池的成本仍然高昂,三五族半导体磊晶工程和接合技术等都有成本降低空间。Fraunhofer ISE的研究人员表示会继续进行研究,以推动转换效率30%以上太阳能组件问世。

夏普类似技术,用于人造卫星和咖啡椅

同样以多接合技术来发展高效太阳能电池的,还有日商夏普(Sharp)。夏普今年5月公开与日本NEDO合作的研究成果,透过化合物三接合技术打造了转换效率达31.17%的太阳能光伏电池,为目前全球转换效率最高的技术。

夏普的化合物三接合电池层叠磷化铟镓、砷化镓以及砷化铟镓(InGaAs)等三层吸光构造,并以特殊的穿隧接合层与缓冲层穿插组合其中,使电池可吸收的光谱更广、吸光效率更高。

 

 

夏普的化合物三接合太阳能电池,转换效率纪录为 31.17% 。(来源:Sharp)

夏普于5月发表的31.17%效率纪录实现于986平方公分的大面积电池上;而在这之前,同样的技术曾在1.047平方公分的小面积电池上创造37.9%的效率技术。

过去,夏普将此技术应用于人造卫星上,但今年10月,夏普将其应用于咖啡椅上,并结合蓄电池和USB充电埠,打造出特别的太阳能充电椅,目前已设置在东京的三家Starbucks门市。

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