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由Christiane Becker、Bernd Stannowski和Steve Albrecht教授領(lǐng)導(dǎo)的HZB三個(gè)團(tuán)隊(duì)共同設(shè)法將完全在HZB制造的過(guò)氧化物硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的效率提高到29.80%的新紀(jì)錄。該值現(xiàn)已被正式認(rèn)證，并被記錄在NREL圖表中。這使得30%的目標(biāo)近在咫尺。
今天的太陽(yáng)能電池組件主要由硅制成，進(jìn)一步提高效率的可能性已被廣泛利用。但自2008年以來(lái)，"金屬鹵化物過(guò)氧化物"這一材料類別已成為研究的重點(diǎn)：這些半導(dǎo)體化合物能很好地將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，而且仍有很大的改進(jìn)空間。特別是，它們可以與硅太陽(yáng)能電池結(jié)合成串聯(lián)太陽(yáng)能電池，更有效地利用太陽(yáng)光。
HZB幾個(gè)小組自2015年以來(lái)一直在密集地研究過(guò)氧化物半導(dǎo)體和硅技術(shù)，以及將兩者結(jié)合成創(chuàng)新的串聯(lián)太陽(yáng)能電池。2020年1月，HZB已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了過(guò)氧化物硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的29.15%的記錄，并在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了這項(xiàng)工作。然后，在2020年圣誕節(jié)前，牛津光伏公司能夠宣布29.52%的認(rèn)證效率。從那時(shí)起，創(chuàng)造新紀(jì)錄的激動(dòng)人心的競(jìng)賽一直在進(jìn)行。在HZB的HySPRINT實(shí)驗(yàn)室從事過(guò)氧化物薄膜研究的Steve Albrecht解釋說(shuō)："30%的效率就像是這種迷人的新技術(shù)的一個(gè)心理門檻，它可能在不久的將來(lái)徹底改變光伏產(chǎn)業(yè)。"硅技術(shù)組組長(zhǎng)Bernd Stannowski補(bǔ)充說(shuō)。"我想特別強(qiáng)調(diào)HZB的不同小組和研究所之間的良好合作。這就是為什么我們能夠完全在HZB開(kāi)發(fā)這些新的串聯(lián)太陽(yáng)能電池并再次獲得世界紀(jì)錄的原因。"
過(guò)氧化物硅串聯(lián)電池是基于兩項(xiàng)創(chuàng)新。一個(gè)納米紋理的正面(左)和一個(gè)帶有電介質(zhì)反射器的背面(右)。
最近的研發(fā)重點(diǎn)是硅異質(zhì)結(jié)底部電池的光學(xué)改進(jìn)。增加了一個(gè)納米紋理的正面和一個(gè)電介質(zhì)的背面反射器?，F(xiàn)在得到了弗勞恩霍夫ISE CalLab的正式確認(rèn)。新型過(guò)氧化物硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池獲得了獨(dú)立認(rèn)證，效率拿下了29.80%的世界紀(jì)錄。
在這項(xiàng)新工作中，Philipp Tockhorn博士(Albrecht小組)和博士生Johannes Sutter(Becker小組)研究了不同界面的納米結(jié)構(gòu)如何影響串聯(lián)太陽(yáng)能電池的性能，串聯(lián)太陽(yáng)能電池由硅太陽(yáng)能電池上的過(guò)氧化物太陽(yáng)能電池組成。首先，他們用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算了有和沒(méi)有納米結(jié)構(gòu)的不同幾何形狀的過(guò)氧化物和硅子電池的光電流密度。然后他們生產(chǎn)了具有不同紋理的過(guò)氧化物硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池。即使是一側(cè)的納米紋理也能改善光的吸收，與平坦的參照物相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的光電流。而納米紋理還讓串聯(lián)太陽(yáng)能電池的電子質(zhì)量略有改善，并使過(guò)氧化物層的成膜效果更好。
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)串聯(lián)太陽(yáng)能電池的背面也進(jìn)行了改進(jìn)，該電池旨在將紅外光反射到硅吸收器中。通過(guò)使用電介質(zhì)反射器，能夠更有效地利用這部分太陽(yáng)光，從而產(chǎn)生更高的光電流。
這些結(jié)果為進(jìn)一步改進(jìn)鋪平了道路。模擬結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)兩側(cè)的吸收層進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)化，可以進(jìn)一步提高性能。研究人員相信，很快就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超過(guò)30%的效率。
比賽依然正在進(jìn)行。
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