美英聯合新三結太陽能電池方案 光電轉化效率可能突破50%

    鋰電世界  據美國海軍研究實驗室網站報道。美國海軍研究實驗室電子技術與科學分部的科學家，聯合英國倫敦帝國理工學院和美國伊利諾伊州尼羅市的微鏈接器件公司,提出了一種新的三結太陽能電池方案，這種電池的光電轉化效率可能突破當前太陽能電池光電轉化效率上限即50%。50%也是當前多結光伏電池技術的發展目標。
    美國海軍研究實驗室物理學家羅伯特.沃爾特斯博士稱，"這項研究已得出一種新的、切實可行而又晶格匹配的多結太陽能電池設計方案。該太陽能電池具備在集中光照下電能轉化效率超過標志性的50%的潛力。當前，集中光照下三結太陽能電池效率的世界紀錄是44%"，同時，人們還普遍認為，太陽能電池效率要獲得更大提高還需重大的技術突破。"
    在多結 太陽能電池內部，每個結被"調諧"到適應太陽光譜中不同波段以提高光電轉化效率。高帶隙的半導體材料用于吸收短波輻射，而長波輻射則被傳遞到其后的半導體中。理論上，如果太陽能電池的結平面無限大，其最大光電轉換效率可接近87%。目前的難點在于研發一種可以達到大范圍多帶隙且結晶質量高的半導體材料系統。
    通過探索新型半導體材料和應用能帶結構工程，使用應變平衡量子阱結構,海軍研究實驗室研究小組已設計出一種多結太陽能電池,它具有從0.7到1.8電子伏特的直接帶隙，帶隙材料與磷化銦襯底完全晶格匹配。
    沃爾特斯博士補充說，"擁有具備這樣一個大范圍多帶隙的完全晶格匹配的材料是打破當前太陽能電池光電轉化效率世界紀錄的關鍵。眾所周知,與磷化銦達到晶格匹配的材料能具有大約1.4電子伏特及其以下的帶隙，但是具備更高直接帶隙的三元合金半導體是不存在的。"
    人們發現銦鋁砷銻四元合金可以生長為與磷化銦晶格匹配的高帶隙材料層，這項原始性創新為太陽能電池實現高轉化效率開創了一條新路。通過借鑒以往將銻系化合物應用于檢測器和激光的經驗，美國海軍研究實驗室的科學家建立了銦鋁砷銻的能帶結構模型，并證明了這種材料具備擁有1.8電子伏特直接帶隙的潛力。根據這項研究結果，并使用一個包括輻射和非輻射復合的模型，美國海軍研究實驗室科學家設計了一種太陽能電池，其在集中太陽光照下電能轉化效率可能超過50%。
    海軍研究實驗室科學家依托最近一項由美國能源部授予的先進研究計劃局能源項目,與微鏈接器件公司和美國紐約的羅切斯特技術學院一起，將執行一個為期三年的材料和器件開發計劃以實現這種新型太陽能電池技術。