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高效聚光光伏电池研制在美起航 将提高光电转换率

发布时间:2022-02-22 04:45:02

分类:十万个为什么发布者:花漫城

太陽能是免費的,幾乎沒有限制。對于“能量就是生命”的人來說,沒有理由對它視而不見,浪費它。然而,即使是光電轉換效率最高、最主流的矽太陽能電池,也隻能使用四分之一的光能。據英國《經濟學家》雜志在線發表的一篇文章稱,盡管晶體矽太陽能電池仍具有價格低廉、工藝成熟等顯著優勢,但随着石化能源枯竭導緻的危機日益臨近,科學家們已經開始尋找更有效的替代品。〔1002〕〔1000〕伊利諾伊大學香槟分校的約翰·米多·羅格博士是其中之一。他和美國聚光光伏組件制造商semprius聯合開發的新型矽片在最新的測試項目中表現出了優異的性能。事實上,早在2012年,semprius就宣布其光伏組件的轉換效率創下了當時的世界紀錄,達到了33.9%(有效面積),這一點得到了室外檢查的證實。這一次,在2014年AAAs會議上,羅格宣布其光電轉換效率達到42.5%。即使封裝到面板中,它也可以保持在35%,經過适當的調試,它可以達到驚人的50%。

這種新電池的秘密是什麽?

答案是,它的結構不是傳統的形式,而是在每個電池板中一層一層地堆疊四塊矽片。

一般來說,太陽能電池是由半導體材料制成的。每個半導體都有一個稱爲帶隙的特性,這使半導體彼此不同。帶隙決定了半導體可以吸收的最長波長,也控制了它可以從波長較短的光子中獲得的能量上限。

通常,由于帶隙的存在,傳統太陽能電池很難捕獲長波光中的光子,而短波光中的光子無法充分利用。

爲了克服這個缺點,John· Rogge在制作四個堆疊電池時使用了不同的材料。其目的是使上一塊電池的最低帶隙與下一塊電池的最高帶隙一緻,依此類推。這樣,每層電池都能吸收光譜中的幾個波長,并将它們轉換成電能。同時,其他波長;洩漏”可供下一層使用,最終充分利用一切。

與之前的其他實驗室成果一樣,這種新電池要實現商業化,面臨的最大問題是如何降低砷、镓和铟等稀有金屬的成本。John· Rogge的方法是減少太陽能電池表面半導體材料的塗層面積。傳統電池需要全塗層,但羅格的新産品隻需要0.1%的表面積。半導體材料以僅一平方毫米大小的點的形式分散在整個電池的表面&mdash—這意味着在125平方米的電池板上會有100萬個這樣的材料點。在這些點上方,安裝了廉價的玻璃透鏡,可以将陽光收集到電池組中,以确保所有入射光都有與之對應的材料點。

更值得一提的是這種新型電池的塗層工藝&mdash&mdash在砷化镓晶片上生長小型電池,快速剝離,然後使用晶片制造更多電池。這是通過在原始砷化镓襯底上放置臨時塗層,然後将新太陽能電池的襯底放置在塗層頂部來實現的。一旦矽片被加工,轉移噴塗過程将把電池從砷化镓襯底轉移到插入的矽片上。

目前,semprius産品正在全球14個地點進行測試。至于進入批量生産後的成本,仍然很難估計。然而,John· Rogge本人表示,西門子已宣布其有能力使光伏發電的成本低于火力發電的成本。雖然在解決儲能問題之前,光伏發電無法完全取代石化能源的地位,但在目前不包括補貼的成本水平下,光伏發電仍能在某些方面做出貢獻。

新面板還具有美觀和美觀的優點。至少,它肯定比燃煤發電廠漂亮得多。

太阳能是免费的,几乎没有限制对于“能量就是生命”的人来说没有理由对它视而不见,浪费它。然而,即使是光电转换效率最高、最主流的硅太阳能电池,也只能使用四分之一的光能。据英国经济学家》杂志在线发表的一篇文章称,尽管晶体硅太阳能电池仍具有价格低廉、工艺成熟等显著优势,但随着石化能源枯竭导致的危机日益临近,科学家们已经开始寻找更有效的替代品。〔1002〕〔1000〕伊利诺伊大学香槟分校的约翰·米多·罗格博士是其中之一。他和美国聚光光伏组件制造商semprius联合开发的新型硅片在最新的测试项目中表现出了优异的性能。事实上,早在2012年,semprius就宣布其光伏组件的转换效率创下了当时的世界纪录,达到了33.9%(有效面积),这一点得到了室外检查的证实。这一次,在2014年AAAs会议上,罗格宣布其光电转换效率达到42.5%。即使封装到面板中,它也可以保持在35%,经过适当的调试,它可以达到惊人的50%。

这种新电池的秘密是什么?

答案是,它的结构不是传统的形式,而是在每个电池板中一层一层地堆叠四块硅片。

一般来说,太阳能电池是由半导体材料制成的。每个半导体都有一个称为带隙的特性,这使半导体彼此不同。带隙决定了半导体可以吸收的最长波长,也控制了它可以从波长较短的光子中获得的能量上限

通常,由于带隙的存在,传统太阳能电池很难捕获长波光中的光子,而短波光中的光子无法充分利用。

为了克服这个缺点,John· Rogge在制作四个堆叠电池时使用了不同的材料。其目的是使上一块电池的最低带隙与下一块电池的最高带隙一致,依此类推。这样,每层电池都能吸收光谱中的几个波长,并将它们转换成电能。同时,其他波长;泄漏”可供下一层使用,最终充分利用一切。

与之前的其他实验室成果一样,这种新电池要实现商业化,面临的最大问题是如何降低砷、镓和铟等稀有金属的成本。John· Rogge的方法减少太阳能电池表面半导体材料的涂层面积。传统电池需要全涂层,但罗格的新产品只需要0.1%的表面积。半导体材料以仅一平方毫米大小的点的形式分散在整个电池的表面&mdash—这意味着在125平方米的电池板上会有100万个这样的材料点。在这些点上方,安装了廉价的玻璃透镜,可以将阳光收集到电池组中,以确保所有入射光都有与之对应的材料点。

值得一提的是这种新型电池的涂层工艺&mdash&mdash在砷化镓晶片上生长小型电池,快速剥离,然后使用晶片制造更多电池。这是通过在原始砷化镓衬底上放置临时涂层,然后将新太阳能电池的衬底放置在涂层顶部来实现的。一旦硅片被加工,转移喷涂过程将把电池从砷化镓衬底转移到插入的硅片上。

目前,semprius产品正在全球14个地点进行测试。至于进入批量生产后的成本,仍然很难估计。然而,John· Rogge本人表示,西门子已宣布其有能力使光伏发电的成本低于火力发电的成本。虽然在解决储能问题之前,光伏发电无法完全取代石化能源的地位,但在目前不包括补贴的成本水平下,光伏发电仍能在某些方面做出贡献。

新面板还具有美观和美观的优点。至少,它肯定比燃煤发电厂漂亮得多。

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