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[科普中國]-多結(jié)光伏電池

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多結(jié)光伏電池是一種高效率的太陽能電池。每個(gè)電池有多個(gè)采用分子束外延或有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法生成的薄膜。這些薄膜所構(gòu)成的不同的半導(dǎo)體有不同的特征能隙,而這些能隙可以吸收光譜中特定頻率的電磁波能量。生成的半導(dǎo)體被特別的設(shè)計(jì)能吸收太陽光中的大部分頻率的光,以此來生成更多的能量。

基本構(gòu)造多結(jié)光伏電池結(jié)構(gòu)通常是由多個(gè)子電池和隧穿結(jié)構(gòu)成的。選用幾種具有不同帶隙的半導(dǎo)體材料,每一種半導(dǎo)體構(gòu)成一種單結(jié)子電池,然后按照半導(dǎo)體帶隙寬度的不同,由大到小將這幾種單結(jié)子電池串聯(lián)起來,就構(gòu)成了串聯(lián)式多結(jié)太陽能電池。多結(jié)電池可以將太陽光分成多個(gè)波段,依靠最表面的寬帶隙半導(dǎo)體太陽能電池吸收高能量的太陽光,用最底層低帶隙半導(dǎo)體電池吸收低能量光,改變了半導(dǎo)體單結(jié)電池只能有效吸收單一波段的局限性,從而拓寬了整個(gè)電池對(duì)太陽光的光譜響應(yīng)波段,減少能量損失。

為了獲得高光電轉(zhuǎn)換效率的化合物半導(dǎo)體太陽能電池,僅有PN結(jié)作光電轉(zhuǎn)換活性層是不夠的,人們經(jīng)過長期的理論和實(shí)驗(yàn)研究,優(yōu)化設(shè)計(jì)了化合物半導(dǎo)體電池結(jié)構(gòu),一些異質(zhì)半導(dǎo)體材料層被加入。目前大多數(shù)化合物半導(dǎo)體太陽能電池除了基本的PN結(jié)之外,還具有接觸層、窗口層和背場層等,這些層對(duì)提高電池轉(zhuǎn)換效率起著各自特殊的作用。

制備原理用聚苯乙烯等高分子材料的自組織現(xiàn)象,在底部電池單元上以100nm的間距、基本等間距地配置鈀納米顆粒,然后通過等離子處理去除高分子材料。

接下來,剝離粘貼在這上面的頂部電池單元的基板,利用加重粘接法、即加壓粘接的方法與底部電池單元粘合。

此法制備兩種太陽能電池。一種是GaInP、GaAs、InGaAsP、InGaAs四結(jié)太陽能電池,另一種是GaInP、GaAs、CIGS三結(jié)太陽能電池。

舉例四結(jié)光伏電池的底部電池單元是在InP基板上制作的InGaAs、InGaAsP雙結(jié)太陽能電池,頂部電池單元是在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP雙結(jié)太陽能電池。剝離GaAs基板后,貼合兩個(gè)電池制作而成。太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率在不聚光時(shí)為30.4%,電池單元的尺寸約為5mm見方。

三結(jié)光伏電池的底部電池單元是在玻璃基板上制作的CIGS類太陽能電池,頂部電池單元是在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP雙結(jié)太陽能電池。剝離頂部電池單元的GaAs基板后,貼合兩個(gè)電池制作而成。轉(zhuǎn)換效率為24.2%,據(jù)產(chǎn)綜研介紹,“(轉(zhuǎn)換效率)在采用這種組合的太陽能電池中為世界最高值”。

特點(diǎn)優(yōu)勢多結(jié)化合物半導(dǎo)體太陽能電池以其較高的轉(zhuǎn)換效率,良好的溫度特性,較低的環(huán)境污染和較大的成本降低空間等優(yōu)勢,已成為目前地面應(yīng)用最具潛力的太陽能電池。

此外,目前的太陽能電池存在著轉(zhuǎn)換效率普遍偏低、價(jià)格普遍偏高的缺點(diǎn),而多結(jié)太陽能電池在實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率上有著巨大的潛力,在經(jīng)濟(jì)方面同樣具有較高的潛力。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黃倫先 - 副教授 - 西南大學(xué)