超薄太陽能電池的效率達到近20％
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發(fā)布日期：2019-08-16
核心提示：
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，通過在納米結構背鏡上制成205nm厚的GaAs超薄吸收層的新型太陽能電池結構，獲得了接近20%的高轉(zhuǎn)換效率。
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或更厚的硅材料層。厚度減少從而縮短了沉積時間，進而節(jié)省了諸如碲或銦等稀缺材料的用量。但是，減薄吸收劑會隨之減少陽光的吸收和轉(zhuǎn)換效率。電池背面的平面鏡具有雙向吸收通路，但其本身并不能吸收。以往的捕獲光的方式使得太陽能電池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(fā)了一種通過205nm厚的III-V族半導體砷化鎵來捕獲光的新方式。主要是制造納米結構的背鏡，以在太陽能電池中產(chǎn)生多個重疊共振，即為法布里 - 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(xiàn)有效的光學吸收。由于存在無數(shù)共振，在從可見光到紅外的太陽光譜的大光譜范圍內(nèi)吸收得到增強?？刂萍{米級背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技術，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。
這種超薄太陽能電池還能進一步改善性能嗎？發(fā)表在Nature Energy上的研究成果表明，這種架構在短期內(nèi)應能實現(xiàn)25％的效率。即使現(xiàn)在還不確定該項技術的極限是多少，研究人員仍然確信厚度可以進一步減少至少兩倍而不會降低效率。GaAs 太陽能電池受成本制約在商業(yè)化應用上還存在一定限制，因此研究人員已將這一技術概念擴展到由CdTe，CIGS或硅材料制成的大型光伏器件上。