在单日照射下测量的双结太阳能电池的转换效率记录

2019-02-03 09:01:00
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美国能源部的国家可再生能源实验室宣布,在一盏太阳照射下,双结太阳能电池的转换效率为31.1%。

NREL科学家迈尔斯·斯坦纳于6月19日在佛罗里达州坦帕市举行的第39届IEEE光伏专家会议上宣布了新的记录。此前,Alta Devices公司的效率为30.8%。

串联电池由砷化镓电池顶上的磷化镓铟电池制成,具有约0.25平方厘米的面积,并且在AM1.5全局光谱下以1,000W / m 2测量。它被倒置,类似于NREL开发的倒置变质多结(IMM)太阳能电池 - 并在处理过程中翻转。电池的正面覆盖有双层抗反射涂层,背面覆盖有高反射金接触层。

这项工作是在NREL完成的,作为美国能源部提高电池效率基础计划(F-PACE)的一部分,该计划是该部门的SunShot计划,旨在将太阳能成本降低到与其他来源竞争的程度,包括化石燃料。

在F-PACE项目开始时,该项目旨在生产48%的高效聚光电池,NREL最好的单结砷化镓太阳能电池的效率为25.7%。多年来其他实验室已经提高了效率:Alta Devices创下了一系列记录,将砷化镓记录效率从2010年的26​​.4%提高到2012年的28.8%.Alta当时创纪录的双结30.8%效率电池是在两个月前实现的。NREL首席科学家Sarah Kurtz是NREL国家光伏发电中心F-PACE项目的负责人,他表示新的记录也可能不会持续很长时间,但“它使我们向48%的里程碑迈进了一步”。“这项与加州大学的联合项目,Berkeley和Spectrolab为我们提供了以不同方式观察这些近乎完美细胞的机会。Myles Steiner,John Geisz,IvánGarcía和III-V多结光伏组已经实施了新方法,与NREL之前的结果相比有了实质性的改进。“

“从历史上看,科学家通过逐步改善材料质量和结的内部电性能,并通过优化带隙和层厚度等变量来提高多结电池的性能,”NREL科学家迈尔斯施泰纳说。但是内部光学在使用周期表第三和第五列材料(III-V电池)的高质量电池中起着不应承认的作用。“这个项目的科学目标是理解和利用内部光学,”他说。

当电子 - 空穴对重新组合时,可以产生光子,并且如果该光子逃离细胞,则观察到发光 - 这是发光二极管工作的机制。然而,在传统的单结镓 - 砷电池中,大多数光子只是被细胞基质吸收而丢失。通过更优化的电池设计,光子可以在太阳能电池内重新吸收,从而形成新的电子 - 空穴对,从而提高电压和转换效率。在多结电池中,光子也可以耦合到较低的带隙结,产生额外的电流,这一过程称为发光耦合。

NREL研究人员通过使用金背接触将光子反射回细胞,并通过允许来自上部GaInP结的大部分发光来增强下部砷化镓结中的光子再循环来提高电池的效率。耦合到GaAs结。开路电压和短路电流都增加了。

硅太阳能电池现在主导着世界光伏市场,但研究人员看到了新材料的机会。由放大太阳能的透镜支撑的高效聚光器电池吸引了公用事业的兴趣,因为这些模块已经证明效率超过30%。如果可以增加生长速度并降低成本,那么单阳光或低浓度III-V电池可能存在商业机会。

当添加镜头以增加太阳能时,相同的单元应该可以正常工作。“在集中照明下测量时,我们希望观察到太阳能电池特性的类似增强,”施泰纳说。

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