《Fraunhofer ISE展示了效率为33.3%的两端GaInP / GaAs / Si太阳能电池》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: Lightfeng
  • 发布时间:2018-04-08
  • 硅太阳能电池目前在光伏市场中占有90%的份额,但它们接近理论效率极限。硅单结太阳能电池的效率固有地限制在29.4%,实际上限制在27%左右。在多结器件中,通过将硅与高带隙材料(如III-V族化合物半导体)相结合,可以克服此限制。然而,与这些材料结合的挑战阻碍了高效III-V / Si太阳能电池的发展。

    Fraunhofer ISE通过使用直接晶圆键合的微电子制造工艺来转移1.9μm厚的III-V层(其已经外延沉积在砷化镓(GaAs)衬底上),实现了基于硅的多结太阳能电池的高转换效率,到硅太阳能电池上。

    Fraunhofer ISE和行业合作伙伴EVG已于2016年11月展示了30.2%的效率,并于2017年3月将其提升至31.3%。他们现在再次改善了硅片的光吸收和电荷分离,创造了33.3%的记录效率。

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    • 漏斗是将液体输送到狭窄开口的容器中的有效工具。现在,埃克塞特的研究人员已经证明了芯片上的第一个电荷漏斗。这一发现建立在能够氧化原子薄的半导体,铪二硫化物(HfS2)和高强度紫外激光器的能力上。氧化和非氧化区域之间的非均匀应变,以及随后的带隙调制,产生电场,有效地将半导体薄片上的电荷转移到可以更容易收集的区域。这一概念可以使新一代太阳能电池的效率达到60%(目前约为21%),这要归功于收集光激发电荷的效率提高以及热载体提取的潜力。 强激光意味着氧化,氧化意味着压力。 一般来说,在断裂之前,大块半导体只能承受高达0.4%的压力。然而,一层只有几个原子厚的半导体能承受高达25%的压力。这种应变的大小改变了能量色散中的带隙,达到了1ev。在这项工作中,萨维里奥·罗素和他在埃克塞特大学的小组,用375纳米的激光诱导了HfS2的应变,以去除硫原子,然后被氧原子所取代。根据密度泛函理论计算,铪原子在HfS2和HfO2中有不同的分色。这在氧化和非氧化区域之间的边界产生了2.7%的应变。电接触将材料锚定在基片上,因此,整个薄片上呈现出应变梯度,将不对称的传导和价带向更高的能量转移,并在30兆电子伏下打开带隙。 收集汇集的指控 另一个制造有用的电荷漏斗的关键是确保电荷转移到更容易提取的区域。在大多数直接的半导体(例如GaAs)中,漏斗效应会将电荷推到紧张的区域。通过使用HfS2,这是一种间接的半导体,电荷被推离了应变区域,靠近薄片边缘的电极,正如反电荷漏斗所观察到的那样。为了测试反电荷漏斗,一个场效应晶体管使用一薄片的模式HfS2/HfO2。研究人员用激光激发了薄片中的电荷,并利用扫描光电流显微镜来测量这些电荷的电流。在一个小区域被氧化后,他们对同一装置进行了比较,在HfS2和HfO2的界面附近区域的反应增加了350%。他们对系统的理论计算支持了结果,同时也揭示了电荷载体的寿命增加了大约4个数量级——这是电荷漏斗效应的另一个指标。 ——文章发布于2018年4月27日
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    • 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。