美英聯(lián)合新三結(jié)太陽能電池方案 光電轉(zhuǎn)化效率可能突破50%

    鋰電世界  據(jù)美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站報(bào)道。美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室電子技術(shù)與科學(xué)分部的科學(xué)家，聯(lián)合英國倫敦帝國理工學(xué)院和美國伊利諾伊州尼羅市的微鏈接器件公司,提出了一種新的三結(jié)太陽能電池方案，這種電池的光電轉(zhuǎn)化效率可能突破當(dāng)前太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率上限即50%。50%也是當(dāng)前多結(jié)光伏電池技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。
    美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家羅伯特.沃爾特斯博士稱，"這項(xiàng)研究已得出一種新的、切實(shí)可行而又晶格匹配的多結(jié)太陽能電池設(shè)計(jì)方案。該太陽能電池具備在集中光照下電能轉(zhuǎn)化效率超過標(biāo)志性的50%的潛力。當(dāng)前，集中光照下三結(jié)太陽能電池效率的世界紀(jì)錄是44%"，同時，人們還普遍認(rèn)為，太陽能電池效率要獲得更大提高還需重大的技術(shù)突破。"
    在多結(jié) 太陽能電池內(nèi)部，每個結(jié)被"調(diào)諧"到適應(yīng)太陽光譜中不同波段以提高光電轉(zhuǎn)化效率。高帶隙的半導(dǎo)體材料用于吸收短波輻射，而長波輻射則被傳遞到其后的半導(dǎo)體中。理論上，如果太陽能電池的結(jié)平面無限大，其最大光電轉(zhuǎn)換效率可接近87%。目前的難點(diǎn)在于研發(fā)一種可以達(dá)到大范圍多帶隙且結(jié)晶質(zhì)量高的半導(dǎo)體材料系統(tǒng)。
    通過探索新型半導(dǎo)體材料和應(yīng)用能帶結(jié)構(gòu)工程，使用應(yīng)變平衡量子阱結(jié)構(gòu),海軍研究實(shí)驗(yàn)室研究小組已設(shè)計(jì)出一種多結(jié)太陽能電池,它具有從0.7到1.8電子伏特的直接帶隙，帶隙材料與磷化銦襯底完全晶格匹配。
    沃爾特斯博士補(bǔ)充說，"擁有具備這樣一個大范圍多帶隙的完全晶格匹配的材料是打破當(dāng)前太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率世界紀(jì)錄的關(guān)鍵。眾所周知,與磷化銦達(dá)到晶格匹配的材料能具有大約1.4電子伏特及其以下的帶隙，但是具備更高直接帶隙的三元合金半導(dǎo)體是不存在的。"
    人們發(fā)現(xiàn)銦鋁砷銻四元合金可以生長為與磷化銦晶格匹配的高帶隙材料層，這項(xiàng)原始性創(chuàng)新為太陽能電池實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)化效率開創(chuàng)了一條新路。通過借鑒以往將銻系化合物應(yīng)用于檢測器和激光的經(jīng)驗(yàn)，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家建立了銦鋁砷銻的能帶結(jié)構(gòu)模型，并證明了這種材料具備擁有1.8電子伏特直接帶隙的潛力。根據(jù)這項(xiàng)研究結(jié)果，并使用一個包括輻射和非輻射復(fù)合的模型，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種太陽能電池，其在集中太陽光照下電能轉(zhuǎn)化效率可能超過50%。
    海軍研究實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家依托最近一項(xiàng)由美國能源部授予的先進(jìn)研究計(jì)劃局能源項(xiàng)目,與微鏈接器件公司和美國紐約的羅切斯特技術(shù)學(xué)院一起，將執(zhí)行一個為期三年的材料和器件開發(fā)計(jì)劃以實(shí)現(xiàn)這種新型太陽能電池技術(shù)。