美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室近來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)效率突破新紀(jì)錄:
-新型鈣鈦礦CIGS疊層電池的效率達(dá)到24.16%,已經(jīng)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所(ISE)CalLab實(shí)驗(yàn)室正式認(rèn)證;
-六結(jié)電池效率47.1%,展示了多結(jié)太陽(yáng)能電池的巨大潛力。
1.鈣鈦礦-CIGS疊層效率新紀(jì)錄
疊層電池結(jié)合了兩種不同的半導(dǎo)體,這些半導(dǎo)體將光譜的不同部分轉(zhuǎn)換成電能。鈣鈦礦金屬鹵化物主要使用光譜的可見(jiàn)光部分,而CIGS半導(dǎo)體則轉(zhuǎn)換紅外光。
由銅,銦,鎵和硒組成的CIGS電池可以沉積為薄膜,總厚度僅為3-4微米。鈣鈦礦層更薄,僅為0.5微米。因此,由CIGS和鈣鈦礦制成的新型疊層太陽(yáng)能電池厚度遠(yuǎn)低于5微米,可用來(lái)生產(chǎn)柔性太陽(yáng)能電池組件。
研究人員將鈣鈦礦層直接沉積在粗糙的底部電池CIGS層,CIGS直接與頂部電池(鈣鈦礦)連接在一起,因此疊層電池只有兩個(gè)電觸點(diǎn),即端子,大大改善了鈣鈦礦與CIGS之間的接觸。此外引發(fā)劑的引入大大改善了CIGS吸收劑材料。
研究人員表示,這種組合物重量極輕,并且對(duì)輻射穩(wěn)定,可能適用于太空中的衛(wèi)星技術(shù)。通過(guò)大規(guī)模合作獲得的這些結(jié)果剛剛發(fā)表在著名的期刊《 JOULE》上。
這種由CIGS和鈣鈦礦制成的“雙端子”疊層電池屬于一個(gè)單獨(dú)的電池類(lèi)別,因此美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL在著名的NREL效率圖表上創(chuàng)建了一個(gè)新分支。NREL效率圖圖是用來(lái)集中展示自1976年以來(lái)幾乎所有類(lèi)型的太陽(yáng)能電池的效率發(fā)展情況。鈣鈦礦電池自2013年才被包括在內(nèi),但近年來(lái)這種材料類(lèi)別的效率比任何其他材料都增長(zhǎng)更快。
2019年9月,TestPV主辦的首屆全球鈣鈦礦光伏技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化論壇在蘇州協(xié)鑫集團(tuán)成功舉辦,引爆全球高效發(fā)電技術(shù)革命。
2019年10月,Thin-Film-Seminar主辦、TestPV協(xié)辦、SMIT承辦的“從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn),世界鈣鈦礦大會(huì)”在杭州召開(kāi),會(huì)議吸引了十多家海外頂級(jí)研究機(jī)構(gòu)名發(fā)表報(bào)告。
近一年來(lái),鈣鈦礦技術(shù)發(fā)展不斷加快,眾多頂尖科研機(jī)構(gòu)和知名企業(yè)持續(xù)投入大量的人力物力,致力于鈣鈦礦光伏技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化。部分領(lǐng)先的鈣鈦礦光伏企業(yè)在穩(wěn)定型環(huán)保材料的合成、大尺寸制造裝備的開(kāi)發(fā)、規(guī)?;慨a(chǎn)工藝的優(yōu)化,以及測(cè)試技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的完善等方面實(shí)現(xiàn)重大突破,其中,牛津光伏、協(xié)鑫納米、纖納光電即將進(jìn)入小規(guī)模量產(chǎn)階段。
2020年10月,TestPV、Thin-Film-Seminar、SMIT再次聯(lián)手,繼續(xù)組織“創(chuàng)新融合·疊出未來(lái)|第二屆全球鈣鈦礦與疊層電池產(chǎn)業(yè)化論壇”。
2.六結(jié)電池效率47.1%
NREL科學(xué)家制造的六結(jié)太陽(yáng)能電池創(chuàng)造了最高的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄,達(dá)到47.1%,接近50%。該效率是在聚光條件下測(cè)得的,如果在單倍太陽(yáng)光照射下該電池的轉(zhuǎn)化效率同樣創(chuàng)造了效率記錄,達(dá)到39.2%。
NREL高效晶體光伏小組的首席科學(xué)家John·Geisz的論文《六結(jié)III-V太陽(yáng)能電池在143個(gè)太陽(yáng)光下的轉(zhuǎn)換效率為47.1%》發(fā)表在《自然能源》雜志上。
NREL研究人員依靠具有廣泛光吸收特性的III-V材料,電池的六個(gè)結(jié)(光敏層)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì),可以捕獲來(lái)自太陽(yáng)光譜特定部分的光。該結(jié)構(gòu)共包含約140種各種III-V材料層,以支持這些連接點(diǎn)的性能,但其寬度卻比人的頭發(fā)窄三倍。使效率達(dá)到50%的主要研究障礙是減少電池內(nèi)部阻礙電流流動(dòng)的電阻性障礙。
由于III-V太陽(yáng)能電池的高效率特性和制造成本,因此最常用于為衛(wèi)星供電,從而具有III-V太陽(yáng)能無(wú)與倫比的性能。在地球上,六結(jié)太陽(yáng)能電池非常適合用于聚光光伏。NRE正積極參與降低III-V太陽(yáng)能電池的成本,從而為這些高效器件開(kāi)辟了新的市場(chǎng)。
降低成本的一種方法是減少所需的面積,這可以通過(guò)將光線聚焦來(lái)實(shí)現(xiàn),不僅節(jié)省材料,還節(jié)省占地面積,并且隨著隨著聚光倍數(shù)增加,轉(zhuǎn)化效率會(huì)提高。
法國(guó)科學(xué)家將太陽(yáng)能電池的效率超過(guò)50%的潛力描述為“實(shí)際上非??蓪?shí)現(xiàn)的”,但由于熱力學(xué)限制,不可能達(dá)到100%轉(zhuǎn)化效率。目前晶體硅在單倍光照下的理論效率約29%,全世界的研究人員正在通過(guò)各種方法,包括異質(zhì)結(jié)、背接觸、疊層、選擇性吸收等方式將晶硅電池效率提高到約25%左右,量產(chǎn)效率也接近22%。
原標(biāo)題:NREL新紀(jì)錄: 鈣鈦礦疊層效率24.16%,六結(jié)電池效率47.1%