俄美商量员制出新型低本钱高转化率的​硅基太

作者: Tracey Peake

通过这种技术。我们可以利用现有的常规解决方案,对解决方案进行优化,而无需开发额外新技术;制造商们可以简单地调整现有产品,以提高其在多结太阳能电池中的效率,而不是必须去研发新产品。

在新研究中,科学家们制造出串联设备原型,把光伏电池与碳纳米管连接为一体。多层串联设备把钙钛矿电池与传统的硅基太阳能电池结合在一起,令整个太阳可见光谱都能转化为电能。这种太阳能转化为电能的新机制使电池效率提高15%。

“我们希望以合理的成本创造出高效的太阳能电池,”北卡罗来纳州立大学电气计算机工程的杰出教授、该研究的主要作者Salah Bedair说。硅基薄膜太阳能电池非常受欢迎,因为这种材料的效率约为20%,电池的成本约为多结太阳能电池成本的1/10。除此之外其他低成本、低效率的材料也越来越受欢迎。如果我们能利用现有的技术制造出叠层太阳能电池,我们将很快实现我们的目标。”

然而,你不能简单地将不同的太阳能电池堆叠在一起,不同材料的太阳能电池在结构上是不同的,因此电荷不能流过它们形成电流。通常多结太阳能电池结构从底部到顶层分别为:基板、底部电池胞、穿隧二极管、顶部电池胞与抗反射层。为了解决当前多结太阳能电池中的问题,常规方法是使用重掺杂金属在各层之间形成隧道结,通过量子隧穿效应导通层与层之间的电流。不过这种方法增加了多结太阳能电池制造的费用支出,并使问题变得更加复杂。

硅基薄膜太阳电池是对所有以硅为主要材料的薄膜类太阳电池的总称。

“有了这项技术,我们就可以利用便宜的现成解决方案,而无需开发所有新技术。制造商可以简单地对现有产品稍作调整,以提高其在多结太阳能电池中的效率,而不必创造新产品。”

该研究的主要负责人,北卡罗来纳州电气和计算机工程教授Salah Bedair说。“我们希望以合理的成本制造出高效率的多结太阳能电池,目前晶硅太阳能电池非常受欢迎,因为该材料的效率约为20%,成本约为多结太阳能电池成本的十分之一。并且其它低成本、高效率的材料也越来越受欢迎。我们可以利用这种现有材料和技术制造多结太阳能电池,这个目标我们将很快实现。”

硅基太阳能电池的研究始于20世纪中叶。现有技术的缺陷在于,硅的生产过程耗能高且有毒,造成其成本高昂。硅的特点是灵活度低、脆弱、电池板重量大,这也大大缩小了其使用范围。金属有机钙钛矿型太阳能电池则有望解决这些问题。

然而,你不能仅仅把不同的太阳能电池堆叠在一起——不同的材料在结构上是不相容的,因此电荷不能通过它们来收集。为了解决目前多结太阳能电池中的问题,大量掺杂的金属被用于在不同层之间形成隧道结——这为多结太阳能电池的制造增加了巨大的成本和复杂性。

黑光测试三结砷化镓太阳能电池

材料结构上包括非晶硅、微晶硅,电池结构上包括非晶硅单结、非晶硅/非晶硅双结叠层、非晶硅/微晶硅双结叠层电池,也包括以硅为基础的各种合金材料和电池,例如非晶硅锗电池等。

广东11选5代理 1

Bedair说:“在多结太阳能电池中,隧道结通过金属与金属的连接实现电气贯通,在我们的系统中,铟膜是其中的捷径”。单个电池的现有金属触点被铟膜覆盖,铟膜在室温和低压的条件下容易实现粘合。这样做的结果就是两种常规太阳能电池通过铟膜粘合实现了机械堆叠和电气连接,从而制成了多结太阳能电池。

广东11选5代理 2

Bedair和他的团队开发了一种更简单的方法,利用金属间键连接由不同材料制成的太阳能电池。在概念验证中,研究小组将一个现成的砷化镓太阳能电池堆叠在一个硅太阳能电池上。

广东11选5代理 3

钙钛矿薄膜太阳能电池活性层可以涂抹到柔软的、薄薄的基层上。采用卷对卷技术可以把太阳能电池喷到任何弯曲的表面。这样一来,与传统的硅基太阳能电池相比,这种太阳能电池的适用范围显著扩大,如随身携带的电子设备、日用家电、“智能家居”设备等,以确保住宅、房间和汽车工业的供电。

Bedair说:“在多结太阳能电池中,隧道结通过充当金属与金属的连接来实现电连接。”在我们的系统中,铟是实现这一目标的捷径。单个电池的现有金属触点被铟薄膜覆盖。铟薄膜在室温下和低压下很容易结合在一起。其结果是由两种不同的材料制成的太阳能电池,它们是机械堆叠和电气连接的。

多结太阳能电池是由多种不同半导体材料制成的p-n结太阳能电池。每种材料的p-n结将吸收不同波段的太阳光,多种半导体材料的使用使电池对光波长的吸收范围变得更宽,从而提高太阳能电池的光电转换效率。

俄研究型工艺技术大学“莫斯科钢铁合金学院”能源效率中心首席专家、美国德克萨斯大学达拉斯分校教授、项目负责人安瓦尔扎希多夫介绍说:“混合型钙钛矿材料的主要优点是获取简单,制作采用的是普通金属盐和有机化合物,而不是在高效半导体同类产品中,例如硅基太阳能电池和砷化镓太阳能电池中所采用的昂贵稀有元素。钙钛矿材料不仅可以用在玻璃上,还可以涂在其他材料和表面上。相比更加复杂的获取薄膜太阳能电池的方法,这能让电池变得更加廉价。”

多结或堆叠式太阳能电池目前是市场上最高效的电池,可将其吸收的太阳能的45%转化为电能。这些电池是通过将不同带隙的半导体堆叠在一起构成的,从而允许电池吸收不同波长的太阳辐射。然而,这些电池比效率较低的太阳能薄膜更昂贵。

Bedair和他的研究团队开发了一种更简单的方法,利用金属间的键合来粘合由不同材料制成的太阳能电池。在概念验证中,该团队在晶硅太阳能电池上部粘合砷化镓太阳能电池来验证。

目前,每平方米钙钛矿型太阳能电池板的价格不超过100美元,而最贵的硅基太阳能电池板每平方米的价格为300美元。在大规模生产情况下,价格将相差3倍。鉴于光伏技术生态友好、物美价廉,生产新型设备更廉价,能大幅减少传统能源的使用。

6月19日在伊利诺伊州芝加哥举行的美国电气与电子工程师协会光静态专家会议上提出了“一种从现成的单个电池中提取多结太阳能电池的新方法:砷化镓/硅”。北卡罗来纳州研究生 Brandon Hagar和研究助理教授Peter Colter是本文的合著者。这项工作得到了国家科学基金会1665211号资助。

多结太阳能电池是目前市场上最高效的电池,它们的光电转换效率高达45%。多结太阳能电池是通过将具有不同带隙的半导体材料堆叠在彼此之上来制成的,针对不同的半导体材料,其对光波段的响应区域不同,多种材料使得电池可吸收不同波长的太阳辐射。然而,与效率较低的太阳能电池相比,多结太阳能电池的生产成本要高出许多。

多结太阳能电池是当今市场上最高效的太阳能电池,也是生产成本最高的太阳能电池。在一篇概念验证论文中,北卡罗来纳州立大学的研究人员详细介绍了一种使用现成组件制造多结太阳能电池的新方法,从而降低了成本,提高了用于多种应用的太阳能电池的效率。

多结太阳能电池是目前市场上最高效的太阳能电池类型,也是价格最昂贵的太阳能电池类型。在北卡罗来纳州立大学研究团队的论文中,研究人员详细介绍了使用现成半导体材料来制造多结太阳能电池的新方法,从而研发出具有多种用途的低成本、高效率的多结太阳能电池。

本文由广东11选5代理发布于广东11选5代理,转载请注明出处:俄美商量员制出新型低本钱高转化率的​硅基太