Fraunhofer 研究:多接合太陽能電池效率突破 30%

作者 | 發布日期 2016 年 11 月 10 日 17:00 | 分類 太陽能 , 能源科技 , 零組件
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矽晶太陽能電池是目前太陽能發電技術的主流,但以目前已大規模商業化的技術而言,其轉換效率預期很難超過 23%。業界與研究單位持續積極研發各種技術,以突破效率天花板;最新公開的技術證實,太陽能電池效率可突破 30%。



德國 Fraunhofer 太陽能系統研究所(ISE)與奧地利公司 EV Group(EVG)合作,成功以矽晶太陽能電池為基礎,加上擁有兩個電極的多接合太陽能電池技術,讓太陽能電池的轉換效率一舉衝高到 30.2%。矽晶太陽能電池是目前太陽能發電技術的主流,但以目前已大規模商業化的技術而言,其轉換效率預期很難超過 23%。業界與研究單位持續積極研發各種技術,以突破效率天花板;最新公開的技術證實,太陽能電池效率可突破 30%。

Fraunhofer ISE 和 EVG 的研究員透過直接晶圓接合(direct wafer bounding)製程將微米級的三五族半導體材料轉換為矽材;經電漿活化後,晶圓表面的次電池(subcell)將呈現真空狀接合,使三五族次電池表面的原子與矽原子緊密接合,形成以矽材為基礎的次電池。

透過堆疊磷化銦鎵(GaInP)、砷化鎵(GaAs)、矽(Si)等 3 種次電池所構成的多接合電池,能吸收更廣光譜的太陽光,轉換效率也能大幅提升。Fraunhofer ISE 和 EVG 成功使 4 平方公分面積的三五族半導體/矽材多接合電池之轉換效率提高到 30.2%,突破了矽晶太陽能電池的理論效率天花板 29.4%,並由 Fraunhofer 實驗室檢證完成。

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▲ 三五族半導體/矽材多接合太陽能電池的電流與電壓變化曲線圖。(Source:Fraunhofer

夏普類似技術,用於人造衛星和咖啡椅目前,這類三五族半導體/矽材多接合電池的成本仍然高昂,三五族半導體磊晶工程和接合技術等都有成本降低空間。Fraunhofer ISE 的研究人員表示會繼續進行研究,以推動轉換效率 30% 以上太陽能模組問世。

同樣以多接合技術來發展高效太陽能電池的,還有日商夏普(Sharp)。夏普今年 5 月公開與日本 NEDO 合作的研究成果,透過化合物三接合技術打造了轉換效率達 31.17%的太陽能光伏電池,為目前全球轉換效率最高的技術。

夏普的化合物三接合電池層疊磷化銦鎵、砷化鎵以及砷化銦鎵(InGaAs)等 3 層吸光構造,並以特殊的穿隧接合層與緩衝層穿插組合其中,使電池可吸收的光譜更廣、吸光效率更高。

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▲ 夏普的化合物三接合太陽能電池,轉換效率紀錄為 31.17% 。(Source:夏普

夏普於 5 月發表的 31.17% 效率紀錄實現於 986 平方公分的大面積電池上;而在這之前,同樣的技術曾在 1.047 平方公分的小面積電池上創造 37.9% 的效率。

過去,夏普將此技術應用於人造衛星上,但今年 10 月,夏普將其應用於咖啡椅上,並結合蓄電池和 USB 充電埠,打造出特別的太陽能充電椅,目前已設置在東京的 3 家 Starbucks 門市。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:Fraunhofer) 

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