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2019-08-08 15:31:24

超薄太陽能電池的效率達到近20%

納米科學和納米技術中心(C2N)的研究人員與德國Fraunhofer ISE的研究人員合作,由于納米結構背鏡上的205nm厚GaAs制成的超薄吸收層,太陽能電池有效地遮擋了陽光。這種新架構將電池的效率提高了近20%。

到目前為止,具有20%效率的最先進的太陽能電池需要至少1微米厚的半導體材料層(GaAs,CdTe或銅銦鎵硒),或者甚至40μm或更多,在這種情況下硅。由于較短的沉積時間,顯著的厚度減少將使材料節省諸如碲或銦的稀缺材料和工業產量提高。但是,減薄吸收劑會自動減少陽光的吸收和轉換效率。電池背面的平面鏡可以導致雙通吸收,但不能再吸收。以前光捕獲的嘗試在光學和電學損耗方面的性能受到很大限制。

由StéphaneCollin和Andrea Cattoni領導的研究小組的研究人員與Fraunhofer ISE合作,在納米科學和納米技術中心-CNN(CNRS /巴黎 - 薩克萊大學)的研究小組中開發了一種新的策略,用于捕獲僅由超薄層構成的光205nm厚的砷化鎵,III-V族的半導體。指導思想是制造納米結構的后視鏡,以在太陽能電池中產生多個重疊共振,識別為法布里 - 珀羅和導模共振。它們限制光在吸收器中停留更長時間,盡管材料量很少,但仍能實現有效的光學吸收。由于無數共振,在適合從可見光到紅外的太陽光譜的大光譜范圍內吸收得到增強??刂萍{米級圖案化鏡的制造是該項目的一個關鍵方面。團隊使用了納米壓印光刻是一種廉價,快速和可擴展的技術,用于壓印溶膠 - 凝膠衍生的二氧化鈦薄膜。

超薄太陽能電池能進一步改善嗎?Nature Energy發表的著作表明,這種架構在短期內應能實現25%的效率。即使限制仍然未知,研究人員確信厚度可以進一步減少至少兩倍而不會降低效率。GaAs 太陽能電池由于其成本仍然在商業上受限于空間應用。然而,研究人員已經在將這一概念擴展到由CdTe,CIGS或硅材料制成的大型光伏器件。

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