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光学工程
日本研究小组开发出转化效率高于50%的太阳能电池

日本神户大学的Kita和Asahi教授利用双光子模式研制出新型太阳能电池结构,能够产生更大的光生电流。


通过吸收更多可见光波长提高转化效率

理论上,30%左右的能量转化效率被认为是传统单结太阳能电池的上限,这是由于照射在电池上的大部分太阳光没有被吸收,或者是转化成了热能。

最近日本神户大学设计出一种新型的太阳能电池,通过吸收普通电池丢失的太阳光谱中长波部分,从而将能量转化效率提高到50%。

这个研究工作是由该大学工程研究院的Kita Takashi教授和Asahi Shigeo助理教授领导完成的,相关的研究结果发表在Nature Communications杂志上。


基于异质结和高转化率的双光子系统太阳能电池

理论极限

全世界的研究机构设计过许多不同太阳能电池,希望能够提高转化效率的极限,减少能量损失。

当前效率的最高记录为46%,这利用四结太阳能电池实现的。如果能量转化效率能突破50%,这将会大大降低电力生产成本。

为了减少能量损失,提高转化效率,Kita教授的研究小组制作了一个单结太阳能电池,它包含了两种不同带隙半导体组成的异质结,光照到这个电池上可以产生双光子。利用这种双光子他们开发了一种全新产生光电流的电池结构。

理论计算表明,该电池的转化效率最高能达到63%,而且实验也实现了基于双光子的上转换,研究人员将这种电池的高效率归因于此。Kita教授评论道:“实验结果表明在减少能量损失方面,它比之前用中间带方法制作的电池要高效100倍以上。”


转化效率的理论预测

论文结论

该论文总结道: “减少能量小于带隙的光子的穿透损失是突破电池转化效率极限的直接方法。对能量小于带隙的光子实现上转换有望产生额外的光电流。”

Kita教授团队利用具有不同带隙的Al0.3Ga0.7As和GaAs组成了异质结太阳能电池,并实现两步光子上转换。

“该小组不但观察到了额外光电流的显著增加,超出之前的研究报道约两个数量级,同时也提高了光电压。结果表明这种两步光子上转换电池会成为下一代高效率太阳能电池。”

研究小组表示他们打算进一步改进电池设计,评估电池转化效率的性能,致力于开发出低成本的高效太阳能电池。


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