轉換效率創歷史新高,NREL 研製 47.1% 高效率太陽能電池

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 17 日 14:09 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


三五族半導體太陽能轉換效率高,最高效率已突破 43.5%,而現在美國科學家又刷新紀錄,新型太陽能電池效率逼近 50% 大關,已達到 47.1%。

其中三五族半導體太陽能之所以會有如此高的成就,主要是因為三族的鋁、鎵、銦及五族的氮、磷、砷等元素都具有優異的光電轉換特性以及電子傳輸特性,為 LED、光電產業與通訊技術重要半導體材料,NASA 早在 1950 年代就將該技術用在火星探測,但由於成本較為高昂,應用範圍無法像矽晶太陽能般廣泛。

這次美國國家再生能源(NREL)團隊研製出太陽能技術也是三五族半導體,而且是「六接面(six-junction)」三五族半導體太陽能。

所謂六接面,就是擁有六層光敏層(Photoactive layer),根據新聞稿,每一層也是由多層三五族半導體構成,可吸收不同光譜範圍的光線,最後科學家再把 140 層的三五半導體整合進厚度是頭髮三分之一的太陽能電池中,最終在強光下,轉換效率高達 47.1%。

不過團隊在實驗所採用的光強度是日光的 143 倍,若採用一般日光,轉換效率會降至 39.2%,雖然驚艷程度降低許多,但轉換效率也是一般矽晶太陽能難以企及,且這種電池也能應用在另一種光電技術,NREL 三五族多接面科學家 Ryan France 表示,它非常適合用在聚光型太陽光電(Concentrated Photovoltaics,CPV)。

聚光型太陽光電可說是集太陽光電與聚光太陽熱發電優點於一身的新一代技術,運用透鏡或曲面鏡將陽光聚焦到底下的多接面太陽能電池上,先前歐洲研究協會 CPVMatch 成功將轉換效率突破至 41.4%。France 也指出,若想要降低發電成本,其中一個解方便是減少面積,我們可以運用鏡子捕獲並聚焦光線,這樣就可以減少半導體材料量、同時還可以提高轉換效率。

這讓太陽能轉換效率有機會進一步突破 50% 大關,加速三五族太陽能的發展,NREL 高效率矽晶太陽光電團隊首席科學家 John Geisz 表示,不過在此之前要先解決電池內部的電阻障礙,這會阻電流電流,同時如何降低三五族太陽能的成本,也是開闢新市場的重點。

(首圖為示意圖,來源:Flickr/haru__q CC BY-SA 2.0)

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