科学家研发透明纳米层 使硅光伏电池效率超过26%成为可能

如今,没有比利用太阳发电更为成本低廉的方法了。只要在阳光充足的地方建造发电厂,每千瓦时的太阳能电力供应价格将低于两美分。市场上以晶体硅为基础的太阳能电池使之成为可能,其效率峰值可达23%。

因此,它们在全球市场的份额约为95%。如果效率超过26%,其发电成本可能会进一步下降。于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)光伏研究人员所领导的国际小组就计划通过一种用于太阳能电池前端的纳米结构透明材料和复杂的设计来实现这一目标,并将成果刊登在了著名科学期刊《自然能源》上。

硅太阳能电池在过去的几十年里得到了稳步的改进,已经达到了很高的发展水平。但是,在吸收太阳光和光伏发电后,电荷载流子仍会发生重组的干扰效应。在这个过程中,已经产生的负电荷和正电荷载流子结合并相互抵消,然后才能用于太阳能电力的生产。这种效应可以用具有特殊属性(钝化)的特殊材料来抵消。

“我们的纳米结构层恰好提供了这种理想的钝化,”该研究论文第一作者Malte Köhler表示,“此外,超薄层是透明的,因此光的入射率几乎不会降低,还表现出了高导电性。”

Jülich工作组负责人Kaining Ding博士表示,“到目前为止,还没有其他方法能够像我们的新设计一样结合这三种特性——钝化、透明、导电。”

研究人员表示,尽管Jülich TPC太阳能电池的第一个原型在实验室中取得了23.99%的高效率,但仍略低于迄今为止实验室制造的最佳晶体硅电池。不过同时进行的模拟实验表明,利用TPC技术,效率超过26%是可能的。

“此外,我们只使用了能够相对快速地整合到系列生产中的制造流程,”Ding强调了相对于其他研究方法的优势。有了这个策略,Jülich的科学家们就为他们从实验室发展到工业化太阳能电池生产的大规模铺平了道路,而不需要付出太多努力。

具体而言,生产TPC太阳能电池层需要几个工艺步骤。在一层薄薄的二氧化硅上,研究人员沉积了一层双层微小的金字塔形纳米碳化硅晶体,在两种不同的温度下应用。最后是一层透明的氧化铟锡层。研究人员在过程中使用了湿化学工艺、化学气相沉积(CVD)和溅射工艺。

在进一步的研究中,该小组计划进一步优化其TPC太阳能电池的电能效率。“我们希望太阳能电池制造商对我们的技术表现出极大的兴趣,”Ding说。


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