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2019-08-08 15:31:24

超薄太阳能电池的效率达到近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,由于纳米结构背镜上的205nm厚GaAs制成的超薄吸收层,太阳能电池有效地遮挡了阳光。这种新架构将电池的效率提高了近20%。

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或更多,在这种情况下硅。由于较短的沉积时间,显着的厚度减少将使材料节省诸如碲或铟的稀缺材料和工业产量提高。但是,减薄吸收剂会自动减少阳光的吸收和转换效率。电池背面的平面镜可以导致双通吸收,但不能再吸收。以前光捕获的尝试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新的策略,用于捕获仅由超薄层构成的光205nm厚的砷化镓,III-V族的半导体。指导思想是制造纳米结构的后视镜,以在太阳能电池中产生多个重叠共振,识别为法布里 - 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。由于无数共振,在适合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。控制纳米级图案化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。

超薄太阳能电池能进一步改善吗?Nature Energy发表的着作表明,这种架构在短期内应能实现25%的效率。即使限制仍然未知,研究人员确信厚度可以进一步减少至少两倍而不会降低效率。GaAs 太阳能电池由于其成本仍然在商业上受限于空间应用。然而,研究人员已经在将这一概念扩展到由CdTe,CIGS或硅材料制成的大型光伏器件。

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