硅基多结太阳能电池的高潜力现已通过新研究得到证明

2019-10-18 10:09:17

美国能源部国家可再生能源实验室(NREL),瑞士电子和微技术中心(CSEM)和法国洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员之间的合作表明,硅基多结太阳能电池具有很高的潜力。

这些研究小组创造了串联太阳能电池,其创纪录的效率是在1阳光照射下将阳光转化为电能。所得论文“将III-V / Si太阳能电池的两个结的单太阳转换效率提高到32.8%,三个结的35.9%”在新一期的《自然能源》中发表。仅由元素周期表的III和V族的材料制成的太阳能电池显示出高效率,但是更昂贵。

斯蒂芬妮·埃西格(Stephanie Essig)是前NREL博士后研究员,现在瑞士EPFL工作,他是新发表研究的主要作者,该研究详细介绍了提高多结电池效率的步骤。在NREL期间,Essig与他人合着了《一年前在IEEE光伏期刊上发表的具有29.8%的1-Sun效率的GaInP / Si双结太阳能电池的实现》。

除了Essig之外,新研究论文的作者还有Timothy Remo,John F. Geisz,Myles A. Steiner,David L. Young,Kelsey Horowitz,Michael Woodhouse和Adele Tamboli,他们都使用NREL。以及克里斯托弗·阿莱比(Christophe Allebe),洛里斯·巴劳(Loris Barraud),安东尼·德索德(Antoine Descoeudres),马修·德斯皮斯(Matthieu Despeisse)和克里斯托夫·巴利夫(Christophe Ballif),均来自CSEM。

坦博利说:“这项成就意义重大,因为它首次表明硅基串联电池可以提供与更昂贵的,完全由III-V材料组成的多结电池竞争的效率。” “这为开发全新的多结太阳能电池材料和架构打开了大门。”

在测试基于硅的多结太阳能电池时,研究人员发现最高的双结效率(32.8%)来自串联电池,该电池将由NREL开发的砷化镓(GaAs)层堆叠在CSEM开发的晶体硅膜上。使用磷化铟镓(GaInP)顶部电池的效率达到了32.5%,其结构与2016年1月宣布的创纪录效率29.8%相似。第三个电池由堆叠在其上的GaInP / GaAs串联电池组成硅底部电池的三结效率达到35.9%,仅比整体三结记录低2%。

由单结硅太阳能电池制成的模块主导着现有的光伏市场,效率在17%至24%之间。研究人员在报告中指出,从硅单结电池过渡到基于硅的双结太阳能电池,制造商可以将效率提高到30%以上,同时仍可受益于他们在制造硅太阳能电池方面的专业知识。

至少在短期内,采用这些多结硅基太阳能电池的障碍是成本。假设效率为30%,研究人员估计基于GaInP的电池的成本为每瓦4.85美元,基于GaAs的电池的成本为每瓦7.15美元。但是随着制造的增加和这些类型电池的效率攀升到35%,研究人员预测,基于GaInP的电池的每瓦成本可能降至66美分,基于GaAs的电池的每瓦成本可能降至85美分。科学家们指出,如此急剧的价格下跌并非前所未有。例如,中国制造的光伏组件的成本从2006年的每瓦4.50美元下降到2011年的每瓦1美元。

在美国,太阳能模块的成本占光伏系统价格的20%至40%。研究人员估计,将电池效率提高到35%,可以将商业安装的系统成本每瓦降低多达45美分。但是,如果不能将III-V电池的成本降低到研究人员的长期情况的水平,那么将需要对顶电池使用更便宜,高效的材料,以使其具有成本竞争力。一般电力市场。

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