超薄太陽能電池的效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的近20%

納米科學(xué)與納米技術(shù)中心(C2N)的研究人員與德國弗勞恩霍夫研究所(ISE)的研究人員合作，利用納米結(jié)構(gòu)后視鏡上由205納米厚度的GaAs組成的超薄吸收層，有效地將陽光捕獲在太陽能電池中。這種新的結(jié)構(gòu)將電池的效率提高到近20%。

到目前為止,最先進(jìn)的太陽能電池所需的20%的效率至少one-micrometer-thick層半導(dǎo)體材料(砷化鎵,CdTe或銅銦鎵硒),甚至40μm或更多,在硅的情況下。顯著的厚度減少將使材料節(jié)省稀有材料，如碲或銦和工業(yè)生產(chǎn)能力的改善，由于較短的沉積時(shí)間。然而，減薄吸收劑會(huì)自動(dòng)降低陽光的吸收和轉(zhuǎn)換效率。電池背面的平鏡可以導(dǎo)致雙通吸收，但僅此而已。先前的光捕獲嘗試由于光學(xué)和電損耗而在性能上受到很大的限制。

領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的研究人員Stephane科林和安德里亞Cattoni de納米科學(xué)中心et de Nanotechnologies-C2N (CNRS / Paris-Saclay大學(xué)),與弗勞恩霍夫伊勢(shì)合作開發(fā)了一種新策略在超薄層捕獲光的只有205 nm厚的砷化鎵,半導(dǎo)體III-V大家庭的一員。指導(dǎo)思想是生產(chǎn)一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的背鏡，在太陽能電池中創(chuàng)建多個(gè)重疊的諧振，即法布里-珀羅諧振和導(dǎo)模諧振。它們使光在吸收器中停留的時(shí)間更長，從而在材料量少的情況下實(shí)現(xiàn)高效的光吸收。由于大量的共振，吸收增強(qiáng)了一個(gè)大的光譜范圍，適合太陽光譜從可見光到紅外。在納米尺度上控制有圖案鏡子的制造是該項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵方面。該團(tuán)隊(duì)使用納米壓印光刻技術(shù)(一種廉價(jià)、快速和可擴(kuò)展的技術(shù))來浮雕一種由二氧化鈦制成的溶膠-凝膠薄膜。

超薄太陽能電池還能進(jìn)一步改進(jìn)嗎?發(fā)表在《自然能源》(Nature Energy)雜志上的研究表明，這種架構(gòu)在短期內(nèi)應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)25%的效率。即使極限仍然未知，研究人員相信厚度可以進(jìn)一步減少至少兩倍的效率損失。由于成本問題，砷化鎵太陽能電池在商業(yè)上仍局限于空間應(yīng)用。然而，研究人員已經(jīng)將這一概念擴(kuò)展到由CdTe、CIGS或硅材料制成的大規(guī)模光伏發(fā)電。