太陽(yáng)能電池技術(shù)正快速進(jìn)展，幾乎每個(gè)月都會(huì)突破新的效率記錄。在大多數(shù)情況下，這些成果都來(lái)自由某種特定的材料或配置。這一次，研究人員大幅提高了硅基多接面太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到30.2%，寫下目前的最新記錄。
究竟是什么原因使其研究結(jié)果如此特別？答案就在于研究人員們突破了硅晶太陽(yáng)能電池的理論極限。
為了達(dá)到最佳效果，德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所(Fraunhofer ISE)的研究人員與奧地利半導(dǎo)體工藝公司EV Group連手，使用直接晶圓接合工藝，將厚度僅幾微米的三五族(III-V)半導(dǎo)體材料薄層轉(zhuǎn)換為硅材。
在經(jīng)過(guò)電漿活化后，藉由在次電池表面施壓，使其以真空方式接合在一起。III-V族次電池表面的原子則與硅原子緊密接合，從而創(chuàng)造出單芯片組件。
該研究所實(shí)現(xiàn)的效率是研究人員首次為此完全整合型硅基多接面太陽(yáng)能電池提供的結(jié)果。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性無(wú)法從其外觀看出來(lái)：這款電池?fù)碛泻?jiǎn)單的前、后觸點(diǎn)，就像傳統(tǒng)硅晶太陽(yáng)能電池一樣，因而能夠以相同的方式整合于太陽(yáng)能電池模塊中。
在Fraunhofer ISE校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中，研究人員為這顆尺寸約4平方公分的III-V / Si多結(jié)太陽(yáng)能電池 所測(cè)得的轉(zhuǎn)換效率是30.2% 。相形之下，截至目前為止，為純硅晶太陽(yáng)能電池所測(cè)得的最高轉(zhuǎn)換效率是26.3%，理論效率限制為29.4%。
III-V / Si多接面太陽(yáng)能電池是由一連串彼此相互堆棧的子電池組成。穿隧二極管內(nèi)部連接至由磷化銦鎵(GaInP)、砷化鎵(GaAs)和硅(Si)制成的三個(gè)子電池，以涵蓋太陽(yáng)頻譜的吸收圍。GaInP頂端的電池吸收300～670nm的輻射，中間的GaAs次電池吸收500 ～890nm之間的輻射，而底部的硅則用于收650～1180nm之間的輻射。
III-V族分層首先外延沉積在GaAs基底上，然后接合至硅晶太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。隨后，移除GaAs基底，并在前、后觸點(diǎn)施加抗反射涂層。“成功的關(guān)鍵在于為硅晶太陽(yáng)能電池找到一種制造工藝，它必須能夠產(chǎn)生平滑且高度摻雜的表面，使其適于芯片接合以及解決硅晶和所使用的III-V族半導(dǎo)體的不同需求，”Fraunhofer ISE研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Jan Benick解釋。
盡管效率高，但該技術(shù)仍然過(guò)于昂貴，而無(wú)法與其它太陽(yáng)能電池競(jìng)爭(zhēng)。因此，研究人員將致力于減少制造成本。根據(jù)Fraunhofer ISE表示，其最終目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)效率超過(guò)30％的高效率太陽(yáng)能電池模塊。
編譯：Susan Hong
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