研究人员从阳光中提取更多能量–可使太阳能电池板的效率提高50％

显示串联太阳能电池板的分层结构的示意图。

研究人员致力于最大程度地提高太阳能电池板的效率，他说，在传统硅上层叠先进材料是从阳光中吸收更多能量的有前途的途径。一项新的研究表明，通过使用精确控制的制造工艺，研究人员可以生产出多层太阳能电池板，其潜力是传统硅电池板的1.5倍。

由伊利诺伊大学厄本那-香槟分校工程师Minjoo Larry Lee领导的研究结果发表在《细胞报告物理科学》杂志上。

电气和计算机工程学教授，Holonyak Micro和Nanotechnology Lab的子公司Lee表示：“硅太阳能电池板之所以流行，是因为它们价格便宜，并且可以将20％以上的太阳光转化为可用的电能。”“但是，就像硅计算机芯片一样，硅太阳能电池正达到其能力极限，因此寻找提高效率的方法对能源供应商和消费者有吸引力。”

硅太阳能电池板已达到其技术极限，但研究人员正在通过将硅与其他材料结合以从阳光中吸收更多能量的方法进行试验。电气和计算机工程教授拉里·李（Larry Lee）领导了一项新研究，该研究可以将家用太阳能电池板的效率提高50％。

Lee的团队一直在努力将半导体材料砷化镓磷化物层积在硅上，因为这两种材料可以互补。两种材料都强烈吸收可见光，但是砷化镓磷却吸收了可见光，而产生的废热却更少。Lee说，相比之下，硅擅长将太阳光谱中红外部分的能量转换成我们所不能看到的。

“这就像一支运动队。你将拥有一些快的人，有些很强壮，有些具有出色的防守技巧，”他说。“以类似的方式，串联太阳能电池作为一个团队工作，并利用两种材料的最佳性能来制造一个单一的，效率更高的设备。”

范世钊是一项新研究的主要作者，这项新研究可以将家用太阳能电池板的效率提高50％。

尽管砷化镓磷化物和其他类似的半导体材料既有效又稳定，但它们很昂贵，因此，目前完全由它们构成的面板不适合大规模生产。因此，Lee的团队将低成本硅作为其研究的起点。

Lee说，在制造过程中，材料缺陷会进入层中，特别是在硅和砷化镓磷化物之间的界面处。只要将具有不同原子结构的材料层叠到硅上，就会形成微小的缺陷，从而损害性能和可靠性。

“无论何时从一种材料切换到另一种材料，总是存在在过渡过程中造成混乱的风险，” Lee说。“这项研究的主要作者樊时兆开发了一种在砷化镓磷化物电池中形成原始界面的工艺，这大大改善了我们在该领域的早期工作。”

他说：“最终，一家公用事业公司可以使用该技术从其太阳能发电场的相同土地中获得1.5倍的能源，或者消费者可以减少1.5倍的屋顶板空间。”

李说，在商业化的道路上仍然存在障碍，但他希望能源供应商和消费者将看到使用稳定的材料来提高性能的价值。

参考：范世钊，余正山，于雨，Ryan D. Hool，Pankul Dhingra，WilliamWeigand，Mijung Kim，Eri​​k D. Ratta，Brian D. Li， Sun Yukun，Zachary C.Holman和Minjoo L.Lee，2020年9月23日，Cell Reports Physical Sciences.DOI：
10.1016 / j.xcrp.2020.100208

U.研究人员Fan，Ryan D. Hool，Pankul Dhingra，Mijung Kim，Eri​​k D. Ratta，Brian D. Li和Yukun Sun；亚利桑那州立大学的研究人员William Weigand，Zhengshan J. Yu和Zachary C. Holman为这项研究做出了贡献。

美国国家科学基金会和NASA支持这项研究。