日本化學(xué)企業(yè)Kaneka集團(tuán)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種光能轉(zhuǎn)化率達(dá)到26.3%的太陽(yáng)能電池
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，近日，由日本政府項(xiàng)目資助的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了“可工業(yè)化應(yīng)用”的太陽(yáng)能電池。如今的太陽(yáng)能電池板已經(jīng)比以往便宜許多，但對(duì)于家庭用戶來(lái)說(shuō)，安裝費(fèi)用仍然不菲。更有效率的太陽(yáng)能電池板可以更快地補(bǔ)償安裝成本，因此研究能將太陽(yáng)能更快轉(zhuǎn)化為電能的方法成為太陽(yáng)能利用領(lǐng)域的焦點(diǎn)。
組成太陽(yáng)能電池板的硅基電池存在一個(gè)理論效率極限：29%。不過(guò)，這是一個(gè)目前還難以達(dá)到的目標(biāo)。對(duì)于商業(yè)化的太陽(yáng)能電池板而言，稍低于20%的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率被認(rèn)為已經(jīng)非常好了。近日，日本化學(xué)企業(yè)Kaneka集團(tuán)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種光能轉(zhuǎn)化率達(dá)到26.3%的太陽(yáng)能電池，打破了之前25.6%的記錄。盡管只是2.7%的效率提升，但在可商業(yè)應(yīng)用的太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，這樣的技術(shù)改進(jìn)越來(lái)越來(lái)之不易。
不僅如此，研究人員還指出，在將論文提交給《自然-能源》（Nature Energy）雜志之后，他們又對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行了優(yōu)化，達(dá)到了26.6%的轉(zhuǎn)化效率。這一結(jié)果已經(jīng)得到美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Lab，NREL）的認(rèn)可。
在發(fā)表于《自然-能源》的論文中，研究者描述了一塊180.4平方厘米的電池制造過(guò)程。他們采用了高質(zhì)量的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜，將硅分層堆積在電池內(nèi)，使電子態(tài)無(wú)法存在的能隙減小至最低。
控制半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)在太陽(yáng)能電池制造商中是一項(xiàng)已知的技術(shù)。松下電器公司也采用了這項(xiàng)技術(shù)，并很可能將其應(yīng)用到為特斯拉汽車供應(yīng)的電池中。Kaneka集團(tuán)擁有自己的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)專利技術(shù)。
為了使太陽(yáng)能電池達(dá)到這一破紀(jì)錄的效率，Kaneka集團(tuán)的研究人員還在電池后部放置了低電阻電極，使電池內(nèi)部能最大化地收集前方的光子。而且，與許多常見(jiàn)的太陽(yáng)能電池一樣，這款電池的表面還覆蓋了一層無(wú)定形硅和抗反射層，可以為電池部件提供保護(hù)，并更有效率地收集光子。
在描述了太陽(yáng)能電池的構(gòu)造之后，研究人員還分析了電池?zé)o法達(dá)到理想效率值29%的原因，為未來(lái)電池開(kāi)發(fā)者的優(yōu)化提供參考。他們估計(jì)，總體效率中有0.5%的損失是電阻造成的，1%則是由于光學(xué)損失（電池接受光照的方式），還有1.2%源于偶然的電子結(jié)合損失——自由電子與帶正電的孔洞結(jié)合，而不是繼續(xù)向前形成電流。
該論文指出，這款太陽(yáng)能電池是利用“可工業(yè)化應(yīng)用”過(guò)程制造出來(lái)的，比如電漿增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD）技術(shù)——在氣態(tài)下將薄膜沉積在固體晶圓上。
研究者表示，在單個(gè)電池可以被組裝到商業(yè)應(yīng)用的太陽(yáng)能電池板上之前，還需要更進(jìn)一步的工作。Kaneka集團(tuán)的研究獲得了日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（New Energy and Industrial Technology Development Organization，NEDO）的資助，而且據(jù)《IEEE綜覽》（IEEE Spectrum）雜志的報(bào)道，Kaneka公司將繼續(xù)與NEDO合作，爭(zhēng)取在2030年之前將太陽(yáng)能電池的成本降低到每千瓦時(shí)0.06美元。
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