Micro III-V太阳能电池，效率达33.8％

时间：2021-05-19 09:09:42 来源：

法国-加拿大研究小组最近开发了一种微米级三结III-V太阳能电池，用于聚光光伏(CPV)。

该器件基于磷化铟镓(InGaP)，砷化铟镓(InGaAs)和锗(Ge)，其有效面积仅为0.089 mm2。舍布鲁克教授马克西姆·达农(Maxime Darnon)对光伏杂志说：“我们还没有将这些电池纳入实际模块中。”“我们很乐意与需要此类单元的任何小组合作。”

据他介绍，用于制造电池的过程几乎与用于常规III-V电池的过程相同，例如由德国专家Azur Space生产的那些过程，不同之处在于基于等离子体的分离和切割过程。其他用于CPV应用的电池则普遍使用了切割。“很难预测生产条件的确切成本，但是我们可以说，采用等离子刻蚀制造的mm2电池的价格与采用锯切丁制造的电池近似相同的价格，而对于微米级太阳能电池而言，等离子蚀刻是唯一的方法。经济上可行的解决方案，因为与等离子切割相比，等离子蚀刻所浪费的材料少得多。”他进一步解释说。

该电池的设计具有矩形，圆形和六边形的有源区域，并使用商业外延锗晶片和沉积在晶片背面的钛铝(Ti / Al)金属化层构建而成。一个由氮化硅氢(SiNxHy)和氢化氧化硅(SiOxHy)的抗反射涂层(ARC)，然后通过沉积等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，这是关键，以尽量减少表面重组。

丢弃锯切块以避免由于锗晶片的易碎性和电池的目标小区域而产生缺陷。研究人员解释说：“此外，锯片切割会产生线性通道，迫使制造的电池为矩形，这可能不足，具体取决于入射的光分布。”

在标准AM1.5G阳光条件下分析了微型电池的性能，该器件的开路电压为2.350 V，短路电流密度为12.40 mA cm-2，填充系数为82.7%。。研究小组指出：“但是，在减小电池面积的情况下，在未钝化ARC的情况下，电池的开路电压下降了多达10.2%，却观察到了电性能的下降。”

科学家实现的最大效率的34.4%为1mm的2细胞下的450个太阳集中光并的下33.8%584个太阳为0.25毫米2设备。他们进一步解释说：“在较小的电池中，较低的电流和较低的串联电阻有望将最大效率转移到较高的浓度。”

微米级电池在《光伏进展》中发表的《用于微型聚光器的InGaP / InGaAs / Ge太阳能电池的小型化》中进行了介绍。该研究小组的成员包括加拿大舍布鲁克大学和加拿大渥太华大学，法国国家科学研究中心(CNRS)，法国波尔多大学的科学家。

这项工作是在纳米系统纳米实验室([labn2.caLN2])和综合系统实验室(IMS)共同进行的。该研究项目由加拿大自然科学与工程研究委员会(NSERC)，加拿大Prompt(一家致力于促进企业与公共研究部门之间的合作伙伴关系和研发融资)以及加拿大的工业合作伙伴共同资助圣奥古斯丁加拿大电气公司(STACE)。

基于III-V元素材料的化合物生产太阳能电池的成本(根据其所属的元素周期表中的组来命名)已将此类设备限制在利基应用(包括无人机和人造卫星)中，在这些应用中，重量轻，效率高的优势更大。相对于产生的能量而言，紧迫的问题要比成本更重要。

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