《Fraunhofer ISE直接在硅上生长的III-V / Si串联电池创下新的效率记录,达到25.9%》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: Lightfeng
  • 发布时间:2020-08-18
  • 德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所ISE现已报告,直接在硅上生长的III-V / Si串联太阳能电池的效率达到了创纪录的25.9%。该电池首次在低成本的硅基板上生产,这是串联光伏技术经济解决方案发展的重要里程碑。Fraunhofer ISE的Markus Feifel最近在第47届IEEE光伏专家会议上发表了他的研究成果。

    以往,弗劳恩霍夫(Fraunhofer)ISE的串联太阳能电池的效率达到了创纪录的34.1%(现在为34.5%),该技术非常有效,但价格昂贵。因此,弗劳恩霍夫ISE多年来一直致力于更直接的制造工艺,包括III-V层直接生长在硅太阳能电池上。这需要所有层都保持高质量的晶体,这是一个重大挑战。现在,直接在硅上生长的III-V / Si串联太阳能电池已达到25.9%的新效率记录。

    新串联太阳能电池的一个特别亮点是,III-V层没有像以前的情况那样在化学机械抛光的衬底上生长,而是直接在硅晶片上生长,锯切后,硅晶片经过简单的工艺处理,只有廉价的研磨和蚀刻工艺。丹麦的Topil公司在欧洲的SiTaSol项目中开发了这种硅晶片,从而实现了经济生产新型多结太阳能电池的重要一步。

    将来的重点是进一步提高效率,以及以更高的生产率实现更快的层沉积,从而提高生产的成本效益,使串联光伏技术将能够为光伏技术的发展做出重要贡献。

    这项技术可以用来发电,而且还适用于电解(即使用电将水分解为氢和氧)。因此,串联光伏可用于生产氢,储能介质和能量转换的重要组成部分。

相关报告
  • 《硅基III-V多结太阳能电池效率创下纪录达到25.9%》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:Lightfeng
    • 发布时间:2020-09-19
    • 作为资助的MehrSi项目的一部分,德国弗劳恩霍夫太阳能系统ISE研究所与伊尔默瑙技术大学,马尔堡菲利普斯大学以及沉积设备制造商Aixtron SE合作,通过优化层结构和技术,使硅衬底上生长的多结太阳能电池效率达到25.9%,创下了纪录。 镓和磷原子必须在与硅的界面上占据正确的晶格位置,因此必须很好地控制原子结构,这需要极高的精度。为了获得必要的外延晶片高质量,在外延生长期间实现所有层的高质量晶体至关重要。 在串联光伏中,高性能太阳能电池材料的不同组合以彼此叠层的形式排列,以便在将光转换为电能时更有效地利用不同波长的太阳光。硅适合吸收太阳光谱的红外部分,然后将几微米厚的不同III-V半导体化合物层施加到硅基底上,以将紫外线、可见光和近红外光更有效地转换为电能。由于使用硅基板的串联光伏电池,多结太阳能电池比基于其他基板的太阳能电池更具成本效益。 建立技术基础之后,项目合作伙伴现在正在努力进一步提高效率并降低制造成本,层沉积将实现更快的速度,更高的产量,成本更加优化。特别是,III-V型太阳能电池层中的位错密度将从108cm-2减小到1-5x106cm-2的范围,以将效率提高到30%以上。 Aixtron多年来已经与多家合作伙伴合作开发了这种基于硅的III-V多结太阳能电池,得益于Aixtron开发的先进系统技术以及与项目合作伙伴的良好合作,该项目得以实现。 。
  • 《钙钛矿/晶硅串联太阳电池创下25.2%光电转换效率记录》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2018-09-12
    • 传统单结晶硅太阳电池由于固有的禁带宽度特性,受到肖克利•奎伊瑟效率极限制约,转换效率极限值只能达到 29.4%,无法突破 30%效率大关,而串联结构太阳电池(双结或者多结)为科学家提供了突破极限效率的可能。瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)Christophe Ballif教授课题组和瑞士电子与微技术中心(CSEM)的研究人员合作开发出一种新型的钙钛矿(Perovskite)/单晶硅(Si)双端接触的串联电池,获得了高达25.2%的光电转换效率,刷新了该类型太阳电池转化效率的世界纪录。研究人员利用热蒸发和旋涂方法直接在晶硅底电池上沉积钙钛矿太阳电池薄膜,形成了双端接触的钙钛矿/单晶硅串联电池。其中硅底电池(禁带宽度1.1 eV)负责吸收近红外光谱,钙钛矿顶电池(禁带宽度1.6 eV)负责吸收紫外和可见光,从而实现太阳光谱的更大范围吸收和利用(太阳光的吸收截止点达到了1200 nm)。扫描电镜和原子力显微镜测试结果显示,钙钛矿薄膜电池均匀覆盖了底部的单晶硅电池。在一个标准太阳光照射下(受照面积为 1.42 cm2),Perovskite/Si串联电池平均稳态性能参数分别为短路电流密度19.5 mA cm−2、开路电压1.78 V、填充因子73%,最终获得了高达25.2%的稳态光电转换效率,通过了弗劳恩霍夫太阳能系统研究所检测实验室(Fraunhofer ISE CalLab)的测试认证,创造了双端接触 Perovskite/Si串联电池效率新高。更为重要的是,该串联电池的制备工艺简单易于放大,且与现有的电池生产线匹配,因此展现出了广阔的商业前景。下一步研究人员将对单电池制备、串联工艺和设计进行优化,以尽快让该类串联电池突破30%的效率大关。该项研究利用简单的制备工艺制造了钙钛矿/晶硅双端接触的串联电池,整合了两种太阳电池的优势,实现了太阳光谱更宽范围的响应,创造了该类电池转换效率的新记录,为提高太阳电池效率降低发电成本提供了新思路。相关研究成果发表在《Nature Materials》 。