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NREL新纪录:钙钛矿叠层效率24.16%,六结电池效率47.1%

发表于:2020-09-05 09:23:31    

来源:光伏测试网

美国国家可再生能源实验室近来实现多个效率突破新纪录:

- 新型钙钛矿CIGS叠层电池的效率达到24.16%,已经弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(ISE)CalLab实验室正式认证;

- 六结电池效率47.1%,展示了多结太阳能电池的巨大潜力。

1. 钙钛矿-CIGS叠层效率新纪录

叠层电池结合了两种不同的半导体,这些半导体将光谱的不同部分转换成电能。钙钛矿金属卤化物主要使用光谱的可见光部分,而CIGS半导体则转换红外光。

由铜,铟,镓和硒组成的CIGS电池可以沉积为薄膜,总厚度仅为3-4微米。钙钛矿层更薄,仅为0.5微米。因此,由CIGS和钙钛矿制成的新型叠层太阳能电池厚度远低于5微米,可用来生产柔性太阳能电池组件。

研究人员将钙钛矿层直接沉积在粗糙的底部电池CIGS层,CIGS直接与顶部电池(钙钛矿)连接在一起,因此叠层电池只有两个电触点,即端子,大大改善了钙钛矿与CIGS之间的接触。此外引发剂的引入大大改善了CIGS吸收剂材料。

研究人员表示,这种组合物重量极轻,并且对辐射稳定,可能适用于太空中的卫星技术。通过大规模合作获得的这些结果刚刚发表在著名的期刊《 JOULE》上。

这种由CIGS和钙钛矿制成的“ 双端子”叠层电池属于一个单独的电池类别,因此美国国家可再生能源实验室NREL在著名的NREL效率图表上创建了一个新分支。NREL效率图图是用来集中展示自1976年以来几乎所有类型的太阳能电池的效率发展情况。钙钛矿电池自2013年才被包括在内,但近年来这种材料类别的效率比任何其他材料都增长更快。

2019年9月,TestPV主办的首届全球钙钛矿光伏技术与产业化论坛在苏州协鑫集团成功举办,引爆全球高效发电技术革命。

2019年10月,Thin-Film-Seminar主办、TestPV协办、SMIT承办的“从实验室到量产,世界钙钛矿大会”在杭州召开,会议吸引了十多家海外顶级研究机构名发表报告。

近一年来,钙钛矿技术发展不断加快,众多顶尖科研机构和知名企业持续投入大量的人力物力,致力于钙钛矿光伏技术创新与产业化。部分领先的钙钛矿光伏企业在稳定型环保材料的合成、大尺寸制造装备的开发、规模化量产工艺的优化,以及测试技术与标准的完善等方面实现重大突破,其中,牛津光伏、协鑫纳米、纤纳光电即将进入小规模量产阶段。

2020年10月,TestPV、Thin-Film-Seminar、SMIT再次联手,继续组织“创新融合 · 叠出未来 | 第二届全球钙钛矿与叠层电池产业化论坛”。

2. 六结电池效率47.1%

NREL科学家制造的六结太阳能电池创造了最高的太阳能转换效率世界纪录,达到47.1%,接近50%。该效率是在聚光条件下测得的,如果在单倍太阳光照射下该电池的转化效率同样创造了效率记录,达到39.2%。

NREL高效晶体光伏小组的首席科学家John·Geisz的论文《六结III-V太阳能电池在143个太阳光下的转换效率为47.1%》发表在《自然能源》杂志上。

NREL研究人员依靠具有广泛光吸收特性的III-V材料,电池的六个结(光敏层)中的每个结点都经过专门设计,可以捕获来自太阳光谱特定部分的光。该结构共包含约140种各种III-V材料层,以支持这些连接点的性能,但其宽度却比人的头发窄三倍。使效率达到50%的主要研究障碍是减少电池内部阻碍电流流动的电阻性障碍。

由于III-V太阳能电池的高效率特性和制造成本,因此最常用于为卫星供电,从而具有III-V太阳能无与伦比的性能。在地球上,六结太阳能电池非常适合用于聚光光伏。NRE正积极参与降低III-V太阳能电池的成本,从而为这些高效器件开辟了新的市场。

降低成本的一种方法是减少所需的面积,这可以通过将光线聚焦来实现,不仅节省材料,还节省占地面积,并且随着随着聚光倍数增加,转化效率会提高。

法国科学家将太阳能电池的效率超过50%的潜力描述为“实际上非常可实现的”,但由于热力学限制,不可能达到100%转化效率。目前晶体硅在单倍光照下的理论效率约29%,全世界的研究人员正在通过各种方法,包括异质结、背接触、叠层、选择性吸收等方式将晶硅电池效率提高到约25%左右,量产效率也接近22%。

责任编辑:小智

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