最高效率的太阳能电池现在成为现实

Hubble solar arrays. (Reference image by NASA/ESA, Wikimedia Commons).

美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员创造了一种太阳能电池，在1个太阳的全球照明下，其效率达到了创纪录的39.5%。这是所有类型中效率最高的太阳能电池，使用标准的1个太阳条件进行测量。该标准量等于100 mW/cm2的辐照度，是指在测量仪器的波长范围内，单位面积上从太阳接收到的电磁辐射功率。根据科学家们的说法，这种新电池可能适用于高度受限的区域应用或低辐射的空间应用。在发表在《焦耳》(Joule)杂志上的一篇论文中，研究人员解释说，效率的提高源于对“量子阱”太阳能电池的研究，这种电池利用许多非常薄的层来修改太阳能电池的特性。镓是关键具体来说，他们开发了一种具有前所未有性能的量子阱太阳能电池，并将其实现到一个具有不同带隙的三个结的设备中，其中每个结被调谐以捕获和利用太阳光谱的不同部分。顶部结由磷化镓铟(GaInP)、中间有量子阱的砷化镓(GaAs)和底部有晶格失配的砷化镓铟(GaInAs)组成。”是一个关键元素,砷化镓是一种极好的材料,通常用于III-V多结电池,它没有完全正确的能带隙管细胞,这意味着之间的光电流平衡三个单元格不是最优的,”瑞安说,法国资深科学家和细胞设计师。“在这里，我们通过使用量子阱在保持优异材料质量的同时修改了带隙，这使得该设备和潜在的其他应用成为可能。”科学家们在中间层使用量子阱来扩展砷化镓电池的带隙，并增加电池可以吸收的光量。重要的是，他们开发了光学厚量子阱器件，没有重大的电压损失。他们还学习了如何在生长过程中退火GaInP顶部细胞，以提高其性能，并最小化晶格不匹配GaInAs中的螺纹位错密度。总之，这三种材料决定了新型电池的设计。然后测试了新电池在空间应用中的效率，特别是通信卫星，这是由太阳能电池供电的，高电池效率是至关重要的，在生命初期测量中，它的效率为34.2%。目前设计的电池适用于低辐射环境，进一步发展电池结构可能使更高辐射的应用成为可能。