Nat. Energy：將III-V/Si太陽能電池的轉換效率提高到兩個結點的32.8％，三個結點的35.9％

【背景介紹】

光伏（PV）模塊的成本近年來大幅下降，其效率穩步提高，與傳統能源在許多地方相比，具有較強的經濟競爭力。目前，占主導地位的光伏技術依賴于單結器件，這些器件的實際效率極限僅可達到25-27％。因此，研究人員越來越多地轉向多結器件，其由兩個或更多個堆疊的子單元組成，每個子單元吸收太陽光譜的不同部分。

【成果簡介】

近日，洛桑聯邦理工大學Stephanie Essig（通訊作者）等人開發出具有機械堆疊，獨立運行的雙結III-V/Si器件具有高達32.8％的轉換效率。將GaInP/GaAs雙結電池與Si單結電池組合時，更是實現了高達35.9％的效率。這些數據超過了傳統Si技術的理論效率極限（29.4％）和已記錄的III-V雙結器件的效率（32.6％），突顯了Si基多結太陽能電池的潛力。相關成果以題為“Raising the one-sun conversion efficiency of III–V/Si solar cells to 32.8% for two junctions and 35.9% for three junctions”發表在了Nature Energy上。

【圖文導讀】

圖1?III-V/Si疊層太陽電池的設計

a，b）四端GaInP // Si和GaAs // Si雙結太陽能電池的橫截面示意圖

c）具有1.01cm2指定照明區域的兩個III-V / Si疊層太陽能電池的照片

d）在藍光照明下和開路條件下，GaInP // Si疊層太陽能電池的照片

圖2?機械堆疊III-V/Si 2J器件的光伏性能

a）堆疊前的GaInP // Si雙結太陽能電池和Si異質結太陽能電池的外部量子效率（EQE）和反射（R）曲線

b）GaAs / /Si雙結太陽能電池和所用Si異質結太陽能電池的EQE和R曲線

c）29.8％效率的GaInP // Si雙結太陽能電池EQE比較

d）GaInP // Si雙結太陽能電池每個子電池的J-V特性

e）GaAs // Si雙結太陽能電池每個子電池的J-V特性

圖3?四端GaInP // GaAs / /Si三結太陽能電池的設計

GaInP頂部和GaAs中間電池通過隧道結連接并堆疊在Si異質結太陽能電池上

圖4?四端GaInP // GaAs // Si三結太陽能電池的光伏性能

a）三個子單元的EQE
b）GaInP / GaAs頂部電池和Si底部電池的J-V特性

圖5?技術經濟分析中考慮的制造工藝流程

a）制造GaInP頂部電池的工藝步驟
b）制造雙面SHJ底部電池的工藝流程
c）在堆疊頂部和底部電池后的GaInP // Si雙結太陽能電池

圖6?III-V // Si雙結太陽能電池的成本、效率對比分析

a）GaInP和GaAs頂部電池制造工藝的近期成本
b）GaInP和GaAs頂部電池制造過程的長期成本
c）III-V // Si雙結太陽能電池成本效益的走勢圖

【小結】

該團隊的工作表明，硅基雙結太陽能電池能夠在一次太陽照明下達到> 32％的效率。 使用GaInP / GaAs // Si三結太陽能電池效率更是突破為35.9％。對于III-V頂部電池，經濟可行性的途徑取決于低成本沉積方法的未來發展。這些研究挑戰是嚴峻的，但不是不可逾越的，相信相關研究人員在會突破限制，達到更高水平。

文獻鏈接：Raising the one-sun conversion efficiency of III–V/Si solar cells to 32.8% for two junctions and 35.9% for three junctions（Nat. Energy,2017,DOI:10.1038/nenergy.2017.144）

本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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