39.5%!量子阱助力三结太阳能电池创造最新世界纪录

财联社上海5月20日讯(编辑黄君芝)美国科学家制造了一种三结太阳能电池,其效率达到了39.5%,创下了单太阳光照下任何类型电池的世界纪录。尽管这一概念所依赖的材料和工艺对大多数商业用途来说仍过于昂贵,但它很快就会在卫星和其他太空技术中得到实际应用。

由美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)领导的一组科学家在没有聚光器的正常照明下创造了太阳能电池效率的新世界纪录,基于三层III-V材料的电池效率达到39.5%。

39.5%!量子阱助力三结太阳能电池创造最新世界纪录

这一新的记录打破了NREL之前39.2%的记录,通过各种创新,该小组能够极大地简化该设备,使用三端串联而不是之前的六端。此前三结型太阳能电池的记录是夏普公司在2013年创下的37.9%

最近发表在《焦耳》杂志上的一篇论文“厚量子阱超晶格使三结太阳能电池具有39.5%的地面效率和34.2%的空间效率”对这种电池进行了全面描述。该小组将镓铟砷(GaInAs)、砷化镓(GaAs)和砷化镓铟(GaInP)层结合起来,创造出一种可以吸收大量太阳光谱的设备。

39.5%!量子阱助力三结太阳能电池创造最新世界纪录

这种方法的关键是NREL最新的“量子阱”工作,它允许它更好地调整每一层来吸收太阳光谱的不同部分。NREL的高级科学家和电池设计师Ryan France说,“虽然砷化镓是一种优秀的材料,通常用于III-V型多结电池,但它不具有与三结电池相当正确的带隙,这意味着三个电池之间的光电流平衡不是最佳的。”

“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。”他补充说。

量子阱是插入电池层的薄纳米结构,可以改变带隙和其他特性。利用这些,小组能够提高中间砷化镓电池层的带隙,以最大化其性能与其他两个一致。虽然量子阱现象不是一个新发现,但在几个纳米尺度上使用这些材料所面临的各种挑战限制了它们在以往研究中的实际效益。

该小组承认,至少就目前而言,他们正在研究的这些电池的工艺和材料对大多数主流太阳能应用来说过于复杂和昂贵。尽管NREL正在尝试一些不同的方法,可以大大减少其成本,但目前,为卫星和其他空间技术供电是基于这些“III-V”材料的任何类型太阳能电池的唯一可能应用。

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