透明纳米层带来转化效率超过26%的硅太阳能电池

如今没有比太阳更便宜的发电方式了(www.zhuLinji.com)。目前,在阳光充足的地方正在建造发电厂,每千瓦时的太阳能电力供应价格将低于两美分。市场上以晶体硅为基础的太阳能电池使之成为可能,其效率高达23%。因此,它们在全球市场占有率约为95%。如果效率更高,超过26%,成本还可以进一步下降。

来自于利希研究中心的光伏研究人员领导的一个国际工作组现在计划通过一种用于太阳能电池前端的纳米结构透明材料和复杂的设计来实现这一目标。科学家们在著名科学杂志《自然能源》上报告了他们多年研究的成功。

在过去的几十年里,硅太阳能电池一直在稳步改进,已经达到了很高的发展水平。然而,在吸收太阳光和光伏发电后,电荷载流子仍会发生重组的干扰效应。在这个过程中,已经产生的负电荷载流子和正电荷载流子在被用于太阳能电力的流动之前就会相互结合和抵消。这种效应可以通过具有特殊性能的特殊材料钝化来抵消。

在随机金字塔结构的硅片上,具有透明额层(TPC,Transparent Passivating Contact)的新型太阳能电池的层序。灰色区域对应的是n-掺杂的晶体硅片,浅蓝色层是湿化学生长的二氧化硅,红色层对应的是钝化碳化硅,其次是橙色的导电碳化硅。绿色的最后一层对应的是氧化铟锡(ITO)。

这种纳米结构层恰恰提供了这种所需的钝化,此外,超薄层是透明的,因此光的入射率几乎没有减少并表现出高导电性。到目前为止,还没有其他方法能将这三种性能,即钝化、透明、导电性-结合起来。Jülich TPC太阳能电池的第一个原型在实验室中取得了23.99%的高效率。这一数值也得到了哈梅林太阳能研究所(ISFH)独立的CalTeC实验室的确认。这意味着,尤利希TPC太阳能电池的排名仍略低于迄今为止实验室制造的最佳晶体硅电池。但同时进行的模拟实验表明,利用TPC技术,效率超过26%是可能的。

另外,这种设计在制造中只采用了可以比较快地集成到系列化生产中的工艺。通过这种策略,尤里希的科学家们为他们从实验室发展到工业化太阳能电池生产的大规模铺平了道路,而不需要付出太多努力。生产TPC太阳能电池的各层需要几个工艺步骤。在一层薄薄的二氧化硅上,研究人员沉积了双层微小的金字塔形纳米碳化硅晶体,在两种不同的温度下应用。最后,一层透明的氧化铟锡紧随其后。研究人员在过程中使用了湿化学工艺、化学气相沉积(CVD)和溅射工艺。

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