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基于薄膜方法和单色激光技术的太阳能电池的转换效率刷新纪录

2021-7-9 10:33| 发布者: vantsing| 查看: 772| 评论: 0

摘要: 德国弗赖堡,2021年6月30日—Fraunhofer太阳能系统研究所ISE的研究人员将基于砷化镓(GaAs)的III-V族半导体光伏电池置于858nm激光下,实现了68.9%的转换效率,这是迄今为止光能转化为电能效率的最高记录。该团队使用 ...

德国弗赖堡,2021630Fraunhofer太阳能系统研究所ISE的研究人员将基于砷化镓(GaAs)III-V族半导体光伏电池置于858nm激光下,实现了68.9%的转换效率,这是迄今为止光能转化为电能效率的最高记录。

 

该团队使用了一种薄膜技术,其中太阳能电池层首先在GaAs衬底上生长,然后被移除。一个导电的、高反射率的反射镜被应用到剩下的半导体结构的背面,它只有几微米厚。

 

在光伏电池中,光被由例如GaAs半导体材料制成的电池结构吸收。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固有的所谓带隙能量时,这种光伏效应特别明显。

 

 因此,当单色激光光源与合适的半导体化合物材料匹配时,理论上可以实现非常高的效率

 

这种新的能量传递形式,称为光能传递。激光能量通过空气或光纤传递到太阳能电池,其传递特性与单色激光的功率和波长相匹配。与使用铜线的传统能量传输方式相比,光能供电系统对于需要隔离电源、防雷或防爆、电磁兼容或无线能量传输的应用尤其有明显优势。

Fraunhofer ISE实验室的研究小组在单色激光照射下,利用一种基于砷化镓的新型薄膜光电转换器实现了68.9% 的转换效率。Fraunhofe研究小组表示,这一效率创下了光能转化为电能的新记录。

Fraunhofer ISE研究小组负责人Henning Helmers说,杠杆薄膜方法在高效率转换方面有两个明显的优势,首先,光子被捕获在太阳能电池中,光子在接近带隙时吸收效率最高,同时热化和传输损耗最小,使电池效率更高。

其次,内部辐射复合产生的光子被捕获并有效地回收。这延长了有效载流子寿命,从而进一步增加了电压。

这个小组研究了一种薄膜光伏电池,这种电池背面的反射镜由金和一种光学优化的陶瓷与银的组合制成。利用 n-GaAs/p-AIGaAs异质结构作为吸收器,由于重组反应实现了低电荷载流子低损耗。


这一结果非常有用,这显示了光伏电池在太阳能发电之外的工业应用潜力。 Fraunhofer ISE研究所主任Andreas Bett说。


这项技术的应用包括对风力涡轮机的结构监测、对高压线路的监测、飞机油箱中的燃料传感器、无源光网络、从身体外部植入的光学供应,或物联网应用的无线供电。


这项工作是在第48 IEEE 光伏专家会议上发表的,该会议由美国 www.doi.org/10.1002/pssr.202100113协会主办。
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