《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。

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    • 德国弗赖堡的弗劳恩霍夫太阳能系统研究所ISE再次创下新记录,其基于硅的III-V族单片三结太阳能电池的转换效率达到了35.9%。 新的单片三结太阳能电池,特别是III-V // Si串联太阳能电池,在地面AM1.5g光谱下测得转换效率为35.9%,创造了新的世界纪录,这证明了硅基串联光伏的潜力。 新的太阳能电池由III-V半导体层构成的,该层在原子级别上连接到了硅子电池,从外观上看,该电池类似于传统的双端太阳能电池,但其效率与NREL、CSEM和EPFL在2017年联合发布的具有机械堆叠结构的最佳四端太阳能电池相同。并且顶部子电池发出红色光,这表明材料质量出色,电池的纳米结构背面闪烁着彩虹色。 弗劳恩霍夫ISE III-V光伏与集中器技术系的博士生Patrick Schygulla指出:“在中间电池中使用新型化合物半导体(GaInAsP)是我们成功实现更高效率值的关键一步。新材料使我们能够进一步改善电荷载流子的寿命,从而获得更高的电池电压很高兴看到我们的材料开发成功地促进了III-V // Si三结太阳能电池的改进。” 新型高效III-V // Si串联电池可能会被用于电力驱动的飞机和无人机,其中单位面积的发电量起着重要作用。如今,新电池的生产成本仍高于传统的单结晶体硅太阳能电池,这是由于III-V层的复杂外延步骤以及制造电池还需要许多其他复杂的半导体工艺。 Fraunhofer ISE的研究人员正在努力工作,以降低生产成本,从而促进光伏市场的发展。 Fraunhofer ISE教授安德烈亚斯·贝特(Andreas Bett)说:“在硅上结合III-V半导体材料是我们追求串联结构的方法之一,目的是实现更高太阳能电池效率。使用文章里介绍的太阳能电池类型制造光伏组件,还需要几年的时间才能上市。但是,在光伏快速发展的背景下,这是一条非常重要并具有前瞻性的道路,这对于可持续能源发展是必不可少的。”
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    • 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。 。