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光學工程
日本研究小組開發出轉化效率高于50%的太陽能電池

日本神戶大學的Kita和Asahi教授利用雙光子模式研制出新型太陽能電池結構,能夠產生更大的光生電流。


通過吸收更多可見光波長提高轉化效率

理論上,30%左右的能量轉化效率被認為是傳統單結太陽能電池的上限,這是由于照射在電池上的大部分太陽光沒有被吸收,或者是轉化成了熱能。

最近日本神戶大學設計出一種新型的太陽能電池,通過吸收普通電池丟失的太陽光譜中長波部分,從而將能量轉化效率提高到50%。

這個研究工作是由該大學工程研究院的Kita Takashi教授和Asahi Shigeo助理教授領導完成的,相關的研究結果發表在Nature Communications雜志上。


基于異質結和高轉化率的雙光子系統太陽能電池

理論極限

全世界的研究機構設計過許多不同太陽能電池,希望能夠提高轉化效率的極限,減少能量損失。

當前效率的最高記錄為46%,這利用四結太陽能電池實現的。如果能量轉化效率能突破50%,這將會大大降低電力生產成本。

為了減少能量損失,提高轉化效率,Kita教授的研究小組制作了一個單結太陽能電池,它包含了兩種不同帶隙半導體組成的異質結,光照到這個電池上可以產生雙光子。利用這種雙光子他們開發了一種全新產生光電流的電池結構。

理論計算表明,該電池的轉化效率最高能達到63%,而且實驗也實現了基于雙光子的上轉換,研究人員將這種電池的高效率歸因于此。Kita教授評論道:“實驗結果表明在減少能量損失方面,它比之前用中間帶方法制作的電池要高效100倍以上。”


轉化效率的理論預測

論文結論

該論文總結道: “減少能量小于帶隙的光子的穿透損失是突破電池轉化效率極限的直接方法。對能量小于帶隙的光子實現上轉換有望產生額外的光電流。”

Kita教授團隊利用具有不同帶隙的Al0.3Ga0.7As和GaAs組成了異質結太陽能電池,并實現兩步光子上轉換。

“該小組不但觀察到了額外光電流的顯著增加,超出之前的研究報道約兩個數量級,同時也提高了光電壓。結果表明這種兩步光子上轉換電池會成為下一代高效率太陽能電池。”

研究小組表示他們打算進一步改進電池設計,評估電池轉化效率的性能,致力于開發出低成本的高效太陽能電池。


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