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五结结构光伏电池效率达到44.5%
2017-07-17
 

[据激光电子世界2017712日报道]  美国乔治华盛顿大学、海军研究实验室的科学家、Sotera防御解决方案公司、Semprius公司和伊利诺伊大学香槟分校联合设计和构建了具有五个半导体结的新太阳能电池原型——三个砷化镓(GaAs)结,两个锑化镓(GaSb)结。

这两种重叠类型的光伏电池捕获太阳光谱的不同部分,可以44.5%的转换效率将阳光变为电能,从而有可能成为世界上最有效的太阳能电池。相比之下,普遍的硅太阳能电池只将四分之一的可用能量转换成电能。

新电池是一种聚光型光伏(CPV)电池,使用光学器件将阳光聚焦到微太阳能电池上,浓度为744个太阳。由于其尺寸小(小于1毫米),可以利用更复杂材料开发经济高效地的太阳能电池。

该研究的主要作者、乔治华盛顿大学的研究科学家Matthew Lumb说:“直接暴露在地球表面的太阳光中大约99%的能量在250nm2500nm的波长之间,但是高效率多结太阳能电池的常规材料无法捕获整个光谱范围。我们的新器件能够利用长波长光子中的能量,从而为实现最终的多结太阳能电池提供了途径。”

该方法有两个新颖的方面。首先,它使用基于GaSb衬底的材料系列,通常用于红外激光器和光电探测器。基于GaSb的新型太阳能电池与捕获较短波长太阳光子的常规衬底高效太阳能电池组合成堆叠结构。此外,堆叠过程使用转印印刷,能够以高精度三维组装装置。

研究人员认为,这个特殊的太阳能电池虽然非常昂贵,但重要的是其显示出在效率方面可能的上限。尽管目前涉及的材料成本很高,但用于制造电池的技术仍然是有希望的。最终,通过使用非常高的太阳能浓度水平和技术来回收昂贵的生长基材,以降低成本,使同类产品投入市场。

这项研究取得了MOSAIC计划的进步。该计划是由高级研究计划署能源(ARPA-E)资助的2400万美元的研究项目,为美国的11个独立团队提供资金,每个团队都致力于开发技术和概念,以革新光伏性能降低成本。研究人员指出,这种研究的资金对于未来开发可行的商业技术至关重要。(工业和信息化部电子第一研究所  张慧)

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