透明纳米层可提供更多太阳能
今天没有比太阳能更便宜的发电方式了。目前正在阳光充足的地方建造发电厂，以每千瓦时不到 2 美分的价格提供太阳能。市场上基于晶体硅的太阳能电池使这成为可能，效率高达 23%。因此，它们的全球市场份额约为 95%。效率甚至超过 26%，成本可能会进一步下降。由 Forschungszentrum Jülich 的光伏研究人员领导的国际工作组现在计划通过用于太阳能电池正面的纳米结构透明材料和复杂的设计来实现这一目标。科学家们在科学杂志《自然能源》上报告了他们多年研究的成功。
硅太阳能电池在过去几十年中得到了稳步改进，已经达到了非常高的发展水平。然而，在吸收太阳光和光电产生电荷载流子之后，复合的干扰效应仍然发生。在这个过程中，已经产生的正负电荷载流子结合并相互抵消，然后才能用于太阳能的流动。这种效果可以通过具有特殊属性——钝化的特殊材料来抵消。
“我们的纳米结构层恰好提供了这种所需的钝化，”前博士生、Jülich 能源与气候研究所 (IEK-5) 的第一作者 Malte Köhler 说，他已获得博士学位。此外，超薄层是透明的——因此光的入射几乎不会减少——并且具有高导电性。
Jülich 工作组负责人 Kaining Ding 博士说：“迄今为止，没有其他方法能够将钝化、透明度、导电性这三种特性以及我们的新设计结合起来。”Jülich TPC 太阳能电池的第一个原型在实验室中实现了 23.99% (+- 0.29%) 的高效率。该值也得到了哈默林太阳能研究所 (ISFH) 的独立 CalTeC 实验室的证实。这意味着 Jülich TPC 太阳能电池的排名仍略低于迄今为止实验室制造的最佳晶体硅电池。但并行进行的模拟表明，使用 TPC 技术可以提高 26% 以上的效率。
“此外，我们只使用了可以相对较快地集成到批量生产中的制造工艺，”丁强调了与其他研究方法相比的优势。通过这一战略，Jülich 的科学家们为他们从实验室发展到大规模工业太阳能电池生产铺平了道路，而无需付出太多努力。
需要几个工艺步骤来生产 TPC 太阳能电池的层。在一层薄薄的二氧化硅上，研究人员沉积了双层微小的金字塔形碳化硅纳米晶体——在两种不同的温度下应用。最后是透明的氧化铟锡层。Ding 及其同事使用湿化学工艺、化学气相沉积 (CVD) 和溅射工艺。
为了取得成功，来自 IEK 5 和 Jülich Ernst Ruska 电子显微镜中心的 Jülich 研究人员与荷兰、中国、俄罗斯和厄瓜多尔的几家研究所密切合作。合作伙伴包括来自亚琛工业大学、杜伊斯堡-埃森大学、代尔夫特理工大学和埃因霍温理工大学、基多旧金山大学、新西伯利亚大学和库塔特拉泽热物理研究所以及广州中山大学的研究人员。在进一步的步骤中，开宁丁的研究小组计划进一步优化其 TPC 太阳能电池的发电量。“我们希望太阳能电池制造商对我们的技术表现出极大的兴趣，”丁说。
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新能源
2021-06-04
