科 研 成 果
超薄新型太阳能电池结构转换效率接近20%


       纳米科学和纳米技术中心(C2N)的研究人员与德国Fraunhofer ISE的研究人员合作,通过在纳米结构背镜上制成205nm厚的GaAs超薄吸收层的新型太阳能电池结构,获得了接近20%的高转换效率。

  到目前为止,具有20%效率的最先进的太阳能电池需要至少1微米厚的半导体材料层(GaAs,CdTe或铜铟镓硒),或者甚至40μm或更厚的硅材料层。厚度减少从而缩短了沉积时间,进而节省了诸如碲或铟等稀缺材料的用量。但是,减薄吸收剂会随之减少阳光的吸收和转换效率。电池背面的平面镜具有双向吸收通路,但其本身并不能吸收。以往的捕获光的方式使得太阳能电池在光学和电学损耗方面的性能受到很大限制。

  由StéphaneCollin和Andrea Cattoni领导的研究小组的研究人员与Fraunhofer ISE合作,在纳米科学和纳米技术中心-CNN(CNRS/巴黎-萨克莱大学)的研究小组中开发了一种通过205nm厚的III-V族半导体砷化镓来捕获光的新方式。主要是制造纳米结构的背镜,以在太阳能电池中产生多个重叠共振,即为法布里-珀罗和导模共振。它们限制光在吸收器中停留更长时间,尽管材料量很少,但仍能实现有效的光学吸收。由于存在无数共振,在从可见光到红外的太阳光谱的大光谱范围内吸收得到增强。控制纳米级背镜的制造是该项目的一个关键方面。团队使用了纳米压印光刻技术,是一种廉价,快速和可扩展的技术,用于压印溶胶-凝胶衍生的二氧化钛薄膜。

  这种超薄太阳能电池还能进一步改善性能吗?发表在Nature Energy上的研究成果表明,这种架构在短期内应能实现25%的效率。即使现在还不确定该项技术的极限是多少,研究人员仍然确信厚度可以进一步减少至少两倍而不会降低效率。GaAs太阳能电池受成本制约在商业化应用上还存在一定限制,因此研究人员已将这一技术概念扩展到由CdTe,CIGS或硅材料制成的大型光伏器件上。

主办单位:北京事竟成有色金属研究所 电话:010-52876997/13691101845 传真:010-68861004 邮编:100041   
地址:北京石景山科技园宏昌商务园北3号楼539室 京ICP证10218779号-1 京公网安备110107000626