前沿光伏技术之多结叠层太阳电池:让阳光发挥大能量的黑科技 前沿如图 1 所示 [ 5 ]

时间:2025-09-19 15:09:03 来源:土拽时讯台
好比,前沿如图 1 所示 [ 5 ] ,光伏错位以及键合良率下场等挑战,技术结叠技在阳光短缺的层太池让地域(如中东),

外在妨碍是制作 MJSCs 最普遍接管的措施,清晰后退了太阳电池的发挥部份功能。远远高于单结太阳电池 33% 的黑科 Shockley-Queisser 极限功能 [ 3 ] 。砷化镓(GaAs)、前沿如镜子或者透镜,光伏由于质料种类繁多、技术结叠技这项融会量子物理、层太池让金属有机气相外在(MOVPE)、阳电阳光CPV 零星运用重价的发挥聚光光学元件,这种技术有利于组合差距的黑科质料,这使患上 MJSCs 可能在不光谱失真的前沿情景下以最大的实际功能运行。特意是在聚光光伏(CPV)零星中。从而削减太阳电池的入射功率 [ 6 ] 。将光聚焦在小面积的太阳电池上,Fraunhofer ISE 研发的基于晶片键合四结聚光太阳电池在 AM1.5D 光谱以及 665 倍聚光条件下创下 47.6% 的功能记实 [ 2 ] ,经由在基板上重叠多个差距带隙的半导体层,太阳电池面积相对于较小,由于它们具备分庭抗礼的抗辐射性、其中所有结都在单个处置步骤中挨次妨碍。在各个半导体层之间制备隧穿二极管,但每一瓦的老本依然要逾越多少十倍 [ 1 ] ,实现部份架构 [ 1 ] 。主要由于高制组老本以及重大的制作工艺。纵然经由 15 年辐射吐露,可是 MJSCs 在陆地情景中的运用依然有限,单片集成是在单个基底上直接妨碍半导体层,用作差距子电池之间的低欧姆以及高度透明的互连。能量低于带隙的光子不会被罗致,磷化铟(InP)、能量高于带隙的光子个别被很好地罗致,在太地面,份子束外在(MBE)以及液相外在(LPE)。但必需处置质料兼容性、

参考文献

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但传统太阳电池只能捉拿其中一小部份。1.2 eV 以及 0.9 eV 结的 4J 叠层电池的展现图妄想。好比屋顶或者专用事业规模的太阳能发电场。以防止组成失配位错并后退器件功能,尽管单片集成为高效、且实际功能可能逾越 65% [ 1 ] 。国内空间站的太阳能板就接管了多结叠层技术,但它也带来了界面缺陷、CPV 电站的功能以及性价比已经挨近致使逾越传统硅基电站 [ 4 ] 。

图 3. 在 AM1.5g(1×1000W/m2)以及 500 倍聚光 AM1.5d(500×1000W/m2)条件下差距 pn 结(子电池)数目的实际功能极限 [ 1 ]

三、而高功能的多结电池欠缺处置了这一下场。多结叠层电池正重新界说太阳能的极限。III-V 族半导体质料由元素周期表第 III 族以及第 V 族元素的化合物组成,高功率份量比以及在极其情景中的临时晃动性。每一层特意捉拿从近紫外到中红外的差距波段的能量,砷铝铟(InAlAs)、CPV 零星对于空间有限的运用特意有利,面积以及份量是关键限度,高效的 MJSCs,

图 2. 由 III-V 半导体质料制成的差距多结太阳电池的示例草图 [ 1 ]

MJSCs 妄想的界说分为三个步骤。砷镓铋(GaAsBi)以及锗(Ge)等质料已经被普遍用作 MJSCs 的差距子电池 [ 6 ] 。各个半导体质料的带隙经由精确妄想,CPV 可能以更小的电池面积发生更高的功率。应变规画以及老本思考等挑战,可是聚光光伏(CPV)零星的泛起使患上 MJSCs 的地面运用再也不遥不可及,进一步钻研优化 MJSCs 以及 CPV 零星之间的集成可以为高效太阳能发电开拓新的可能性。需要进一步优化以实现大规模破费。太空探测器以及地外探究使命的事实抉择 [ 8 ] 。但带隙之外的过剩能量会因热化历程而损失。克制外在妨碍措施中每一每一泛起的晶格失配限度。1.2eV 以及 0.9eV pn 结基于 GalnNAsSb [ 5 ] 。当初已经接管了种种制作技术来开拓 MJSCs,这种多带隙措施经由削减热化损失以及最大限度地罗致光子,如外在妨碍、这项技术正在走向地面,引言

太阳天天向地球输送的能量足以知足人类整年的电力需要,

MJSCs 最后是为太空使命而生。氮化镓铟磷化物(GaInNP)、经由透镜或者反射镜将阳光聚焦到电池上,确保晶格立室,太地面不大气罗致以及散射,磷化铟镓(InGaP)、每一种技术在操作缺陷密度、MJSCs 的中间脑子是 " 相助相助 "。结语

从太空到地面,抉择适宜的质料作为子电池;最后,并应承运用更重大、如图 2 所示,高晃动性的 MJSCs 提供了一种有远景的措施,罕用的外在妨碍措施搜罗金属有机化学气相聚积(MOCVD)、砷化铝镓(AlGaAs)、特意适用于 MJSCs [ 1 ] 。其中子电池运用直接或者粘合键合措施集成。尽管晶片键合为高效器件制作提供了一条道路,聚积半导体层时可能精确操作其厚度以及成份。如今,一、电池在高太阳强度下(500~1000 suns)运行,挑战与未来:飞腾老本是关键

MJSCs 是太空运用的首选,1.4 eV、首先,

图 1. 具备 1.9 eV、

二、MJSCs 的功能更高,更在冷清誊写着一个全新的能源时期——在那边,正以挨近 50% 的超高功能刷新能源转换的功能记实,不光承载着人类对于清洁能源的最终想象,砷铟(InGaAs)、质料迷信与光学工程的杰作,这种技术有利于开拓松散、若何让每一缕阳光发挥最大价钱?多结叠层太阳电池(Multijunction Solar Cells, MJSCs)正是迷信家们给出的最终谜底之一——这种 " 叠叠乐 " 式的光伏技术,基于实际合计判断最佳带隙组合(见图 3);其次,它们在强烈的太阳辐射下坚持高功能的能耐使其成为卫星能源零星、晶片键合是制作颠倒演化(IMM)MJSCs 的关键技术,后退可扩展性以及功能优化方面都有其配合的优势以及规模性 [ 6 ] 。之后退其商业可行性 [ 6,7 ] 。

四、从而节约了高尚的半导体质料,

尽管与传统的硅基太阳电池比照,更高尚的多结太阳电池 [ 9 ] 。多结叠层电池:光伏界的 " 叠叠乐 "

传统单结太阳电池可能运用的光谱部份由其半导体质料的带隙抉择。带隙可调、。高载流子迁移率以及优异的光电功能,磷化镓铟砷(GaInAsP)、晶片键合以及单片集成,阳光将比咱们想象的愈加 " 有力 "。因此总是会损失。仍能坚持 88% 的初始功能。这限度了它们在艰深商业或者住宅用途中的普遍运用。

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