《超薄太阳能电池的效率达到近20%》

  • 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:2019-08-16
  • 纳米科学和纳米技术中心(C2N)的研究人员与德国Fraunhofer ISE的研究人员合作,通过在纳米结构背镜上制成205nm厚的GaAs超薄吸收层的新型太阳能电池结构,获得了接近20%的高转换效率。

    到目前为止,具有20%效率的最先进的太阳能电池需要至少1微米厚的半导体材料层(GaAs,CdTe或铜铟镓硒),或者甚至40μm或更厚的硅材料层。厚度减少从而缩短了沉积时间,进而节省了诸如碲或铟等稀缺材料的用量。但是,减薄吸收剂会随之减少阳光的吸收和转换效率。电池背面的平面镜具有双向吸收通路,但其本身并不能吸收。以往的捕获光的方式使得太阳能电池在光学和电学损耗方面的性能受到很大限制。

    由StéphaneCollin和Andrea Cattoni领导的研究小组的研究人员与Fraunhofer ISE合作,在纳米科学和纳米技术中心-CNN(CNRS /巴黎 - 萨克莱大学)的研究小组中开发了一种通过205nm厚的III-V族半导体砷化镓来捕获光的新方式。主要是制造纳米结构的背镜,以在太阳能电池中产生多个重叠共振,即为法布里 - 珀罗和导模共振。它们限制光在吸收器中停留更长时间,尽管材料量很少,但仍能实现有效的光学吸收。由于存在无数共振,在从可见光到红外的太阳光谱的大光谱范围内吸收得到增强。控制纳米级背镜的制造是该项目的一个关键方面。团队使用了纳米压印光刻技术,是一种廉价,快速和可扩展的技术,用于压印溶胶 - 凝胶衍生的二氧化钛薄膜。

    这种超薄太阳能电池还能进一步改善性能吗?发表在Nature Energy上的研究成果表明,这种架构在短期内应能实现25%的效率。即使现在还不确定该项技术的极限是多少,研究人员仍然确信厚度可以进一步减少至少两倍而不会降低效率。GaAs 太阳能电池受成本制约在商业化应用上还存在一定限制,因此研究人员已将这一技术概念扩展到由CdTe,CIGS或硅材料制成的大型光伏器件上。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-08-17
    • 德国研究人员首次将钙钛矿和有机太阳能电池通过火箭送入太空。该太阳能电池经受住了太空中极端条件的考验,通过阳光直射和地球表面的反射光产生能量。这项研究日前发表在《焦耳》上,为未来的近地应用和潜在的深空任务奠定了基础。 太空任务的目标之一就是将火箭携带的设备重量减到最小。虽然目前用于太空任务和卫星的无机硅太阳能电池板效率很高,但它们非常笨重和刚性。作为新兴技术的混合钙钛矿和有机太阳能电池,因其难以置信的轻便和灵活性,成为未来应用的理想候选者。 “在这个行业中,重要的不是效率,而是每个重量单位产生的电能,也就是所谓的功率系数。”慕尼黑工业大学资深作者Peter Müller-Buschbaum说,“在火箭飞行过程中,这种新型太阳能电池的功率达7~14mW/cm2。” 文章第一作者、慕尼黑工业大学Lennart Reb说:“如果将1千克的太阳能电池转移到超薄箔片上,就可以覆盖200多平方米的面积,产生的电能可以满足300个标准100瓦灯泡的使用。这是现有技术的10倍多。” 2019年6月,火箭在瑞典北部发射,进入太空并达到240千米的高度。位于有效载荷上的钙钛矿和有机太阳能电池,成功经受住了火箭飞行中的极端条件——从发射时的隆隆声和高温,到太空中的强紫外线和超高真空。“火箭发射是一大步,乘坐火箭真的就像进入了一个不同的世界。”Reb说。 除了在太空中高效工作,钙钛矿和有机太阳能电池也可以在低光条件下工作。当没有光线直射时,传统太阳能电池通常会停止工作,功率输出变为零。然而,研究小组发现,即便没有直接暴露在阳光下,从地球表面反射的微弱漫射光也能增加钙钛矿和有机太阳能电池的能量输出。 “这是一个很好的暗示,也证实了这种技术可以用于所谓的深空任务,即把它们送到远离太阳的太空中,标准的太阳能电池无法在那里工作。”Müller-Buschbaum说,“这种技术的未来真的很令人兴奋,可以将这些太阳能电池用于未来更多的太空任务。” 但是在向太空发射更多新的太阳能电池之前,Müller-Buschbaum说,这项研究的局限性之一是火箭在太空中停留的时间很短,总时间只有7分钟。下一步是在太空中进行长期应用,如在卫星上使用,以了解电池的寿命、长期稳定性和全部潜力。 “这是钙钛矿和有机太阳能电池首次进入太空,这是一个里程碑。”Müller-Buschbaum说,“这为将此类太阳能电池更多应用于太空铺平道路。从长远来看,这也可能有助于将这些技术更广泛地应用于我们的陆地环境。” (冯维维) 相关论文信息:http://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.004
  • 《新加坡国立大学开发太阳能电池技术 使功率转换效率达到23.6%》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2022-01-25
    • 据外媒报道,新加坡国立大学(NUS)的研究团队,使由钙钛矿和有机材料制成的太阳能电池在能量转换效率方面创下了新纪录。这项技术突破为制造柔性、轻量、低成本和超薄光伏电池铺平了道路,有望为汽车、船舶、百叶窗和其他应用提供动力。 (图片来源:新加坡国立大学) 主要研究人员、新加坡国立大学化学与生物分子工程系的Hou Yi教授表示:“太阳能电池的高功率转换效率,对于在有限面积内产生更多的电能,具有重要意义。这反过来又降低了产生太阳能的总成本。” 新加坡国立大学化学与生物分子工程系研究员 Dr. Chen Wei表示:“这项研究的主要目标是提高钙钛矿/有机串联太阳能电池(perovskite/organic tandem solar cells)的功率转换效率。在最新的工作进展中,研究人员已证明其功率转换效率可达到23.6%,这是目前此类太阳能电池实现的最佳性能。” 目前,其他关于钙钛矿/有机串联太阳能电池的研究报告,大约可达到20%的功率转换效率。相比之下,这一研究成果实现了重大飞跃,接近传统硅太阳能电池26.7%的功率转换率,这是当前太阳能光伏市场中占主导地位的技术。 这项研究是与香港大学(University of Hong Kong)和南方科技大学(Southern University of Science and Technology)的研究人员合作进行的。 太阳能领域新趋势 近年来,作为一种可持续性能源,太阳能电池技术取得了巨大进展。太阳能电池的可靠性、效率、耐用性和价格,对全球太阳能项目的商业潜力及大规模实施具有重要影响。 太阳能发电厂中使用的传统太阳能电池基于单结架构。在工业生产过程中,单结太阳能电池的实际功率转换效率被限制在27%左右。推动太阳能生产的前沿发展,需要新型太阳能电池解决方案,以提供更好的功率转换表现。 为了将太阳能电池的功率转换效率提高到30%以上,需要堆叠两个或多个吸收层(多结电池)。使用两种不同类型的光伏材料制造串联太阳能电池,是一个热门研究领域。 在最新项目中,该团队在钙钛矿/有机串联太阳能电池领域开辟了新天地。其发现为制造轻巧且可弯曲的薄膜串联太阳能电池打开了大门,这种电池可能具有广泛的应用。 电力转换效率的突破 串联太阳能电池包括通过互连层(ICLs)电连接的两个或多个子电池。ICL在决定设备的性能和再现性方面起着关键的作用。有效的ICL应该具有化学惰性、导电性和光学透明性。 虽然钙钛矿/有机串联太阳能电池对下一代薄膜光伏很有吸引力,但其效率落后于其他类型的串联太阳能电池。为了解决这项技术挑战,该团队开发了一种新颖而有效的ICL,可降低串联太阳能电池的电压、光及电损耗。这一创新可明显提高钙钛矿/有机串联太阳能电池的效率,实现了23.6%的功率转化率。 研究人员表示,这项研究展现了钙钛矿基串联太阳能电池在未来光伏技术商业应用中的巨大潜力。在这项新发现的基础上,希望进一步改善串联式太阳能电池的性能,并扩大这项技术的应用范围。