日本神戶大學(xué)的Kita和Asahi教授利用雙光子模式研制出新型太陽能電池結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生更大的光生電流。
通過吸收更多可見光波長提高轉(zhuǎn)化效率
理論上，30%左右的能量轉(zhuǎn)化效率被認(rèn)為是傳統(tǒng)單結(jié)太陽能電池的上限，這是由于照射在電池上的大部分太陽光沒有被吸收，或者是轉(zhuǎn)化成了熱能。
最近日本神戶大學(xué)設(shè)計(jì)出一種新型的太陽能電池，通過吸收普通電池丟失的太陽光譜中長波部分，從而將能量轉(zhuǎn)化效率提高到50%。
這個(gè)研究工作是由該大學(xué)工程研究院的Kita Takashi教授和Asahi Shigeo助理教授領(lǐng)導(dǎo)完成的，相關(guān)的研究結(jié)果發(fā)表在Nature Communications雜志上。
基于異質(zhì)結(jié)和高轉(zhuǎn)化率的雙光子系統(tǒng)太陽能電池
理論極限
全世界的研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過許多不同太陽能電池，希望能夠提高轉(zhuǎn)化效率的極限，減少能量損失。
當(dāng)前效率的最高記錄為46%，這利用四結(jié)太陽能電池實(shí)現(xiàn)的。如果能量轉(zhuǎn)化效率能突破50%，這將會(huì)大大降低電力生產(chǎn)成本。
為了減少能量損失，提高轉(zhuǎn)化效率，Kita教授的研究小組制作了一個(gè)單結(jié)太陽能電池，它包含了兩種不同帶隙半導(dǎo)體組成的異質(zhì)結(jié)，光照到這個(gè)電池上可以產(chǎn)生雙光子。利用這種雙光子他們開發(fā)了一種全新產(chǎn)生光電流的電池結(jié)構(gòu)。
理論計(jì)算表明，該電池的轉(zhuǎn)化效率最高能達(dá)到63%，而且實(shí)驗(yàn)也實(shí)現(xiàn)了基于雙光子的上轉(zhuǎn)換，研究人員將這種電池的高效率歸因于此。Kita教授評論道：“實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在減少能量損失方面，它比之前用中間帶方法制作的電池要高效100倍以上。”
轉(zhuǎn)化效率的理論預(yù)測
論文結(jié)論
該論文總結(jié)道： “減少能量小于帶隙的光子的穿透損失是突破電池轉(zhuǎn)化效率極限的直接方法。對能量小于帶隙的光子實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換有望產(chǎn)生額外的光電流。”
Kita教授團(tuán)隊(duì)利用具有不同帶隙的Al0.3Ga0.7As和GaAs組成了異質(zhì)結(jié)太陽能電池，并實(shí)現(xiàn)兩步光子上轉(zhuǎn)換。
“該小組不但觀察到了額外光電流的顯著增加，超出之前的研究報(bào)道約兩個(gè)數(shù)量級，同時(shí)也提高了光電壓。結(jié)果表明這種兩步光子上轉(zhuǎn)換電池會(huì)成為下一代高效率太陽能電池。”
研究小組表示他們打算進(jìn)一步改進(jìn)電池設(shè)計(jì)，評估電池轉(zhuǎn)化效率的性能，致力于開發(fā)出低成本的高效太陽能電池。