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    分层太阳能电池技术可提高效率和价格承受能力

    发布时间:2020-06-20 18:27编辑:来源:机械配件点击:1297

      太阳能的未来越来越光明。科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)的研究人员通过层叠电池并使用独特的元素组合方式,创建了一种低成本太阳能电池,该太阳能电池具有迄今为止最高的功率转换效率。

      化学和生物工程学系教授,论文的合著者迈克尔·麦基海(Michael McGehee)说:“我们采用了一种产品,该产品每年可为一个价值300亿美元的行业提供帮助,并使它的性能提高30%。”

      研究人员采用了钙钛矿型太阳能电池(一种旨在收集更高能量的光子的晶体结构),并将其分层放置在硅太阳能电池的顶部,该硅太阳能电池可在光谱的红外部分捕获更多的光子,该部分由辐射能组成。我们看不到,但我们可以感觉到像热一样。结合钙钛矿,硅太阳能电池的效率提高了21%,效率提高到27%,提高了三分之一。

      多年来,硅太阳能电池一直是太阳能行业的标准。但是目前的硅基电池平均只能将太阳能量的18%到21%转换成可用电,它们的最大利用率约为26.6%。

      可再生与可持续能源研究所的研究员麦格海说,这意味着现在安装电池要比购买电池贵。

      太阳能电池板的平均效率低于最大效率,因为无论单个小型太阳能电池有多好,将其应用于大型电池板上,它都会损失大约三个百分点。但是,如果您可以提高整体效率,则无需安装太多的面板即可获得相同的电量。

      效率的显着提高是将另一个太阳能电池置于现有的太阳能电池之上,而这正是McGehee和他的研究员所做的。

      这并不是研究人员第一次将太阳能电池分层以提高效率。这个概念,也称为串联或多结太阳能电池,于1970年代首次提出,太阳能电池效率的世界纪录已超过45%。然而,它的价格却很高:每平方米80,000美元,原因是这些电池一次生长一个原子层,形成了一个大的单晶。可能不是普通房主或企业可以负担的费用。

      McGehee和他的研究人员是使用钙钛矿的层状太阳能电池新方向的先驱,而钙钛矿的价格要便宜一百多倍。

      他们不到10年前就开始提出在硅片上使用较便宜的材料的概念,起初仅实现了约13%的效率。但是,通过技术改进,他们已经能够使这一数字增加一倍以上。

      他们的秘密配方是一种独特的氯,溴和碘的三卤化物合金。

      McGehee认为,在太阳能电池中,存在理想的带隙。这是半导体中能级之间的空间,电子在这些能级之间跳跃并产生电能。

      溴会增加这种带隙,但是当与碘一起使用并暴露在光线下时,这些元素并不总是保留在原位。先前的研究试图将氯和碘一起使用,但是由于这些元素的粒径不同,因此钙钛矿晶体结构中没有足够的氯。但是,通过使用不同量的氯,溴和碘,研究人员找到了一种缩小晶体结构,允许更多氯含量的方法,从而稳定并提高了电池效率。

      钙钛矿也很便宜,制造起来不耗能源,并且在实验室中容易制造。甚至在经过1000个小时(或将近42天)的强光和热测试之后,这些新型太阳能电池的初始效率变化也很小。

      随着太阳能市场每年以大约30%的速度增长,效率,成本和寿命是新技术成为主流的主要考虑因素。

      McGehee对这种宽带隙的分层钙钛矿太阳能电池的潜力感到乐观。

      McGehee说,不仅它现在已经超过了纯硅太阳能电池的最大效率,“我们相信它可以使我们的效率提高30%以上,并且可以保持稳定。”

      本研究发表论文标题为《Efficient tandem solar cells with solution-processed perovskite on textured crystalline silicon》。



      硅太阳能电池