四結光伏電池創轉化效率新紀錄

付甜甜

四結光伏電池創轉化效率新紀錄

付甜甜

該電池創造了44.7%世界轉換效率紀錄。它由四個基于III-V族化合物半導體的光伏電池組成，可應用在聚光光伏技術中。

太陽能光伏技術經過近幾十年的發展，已經在新能源領域確立了其重要地位。大力發展太陽能光伏發電已成為人類解決未來能源問題的重要途徑。當前太陽能技術的重點是硅系太陽電池，然而硅系電池的低轉換效率想要進一步提高是非常困難的。眾所周知，提高轉換效率和降低成本是太陽能光伏技術中的根本因素。因此，開展高效太陽電池技術研究，開發新的電池材料、電池結構，一直是該領域的熱點。其中，高效多結太陽電池技術的研究尤為引人注目。目前研究較多的多結電池有III-V族材料體系、Ⅱ-Ⅵ族材料體系等。本文將主要介紹最新的III-V族材料體系的四結光伏電池。

日前，德國弗朗霍夫太陽能系統研究所、法國聚光光伏制造商Soitec公司、德國柏林亥姆霍茲研究中心攜手宣布，他們制造出了一款在297個太陽下光電轉化效率高達44.7%的四結光伏電池，僅僅經過三年的研究就創造了這一項新的世界紀錄。這也就意味著太陽光譜中 44.7%的能量，由紫外線到紅外線都轉化成了電能。這項最新研究有望大幅降低太陽能發電的成本并為轉化效率達50%的太陽電池的研發鋪平了道路。

早期發展

早在今年5月份，德國弗朗霍夫太陽能系統研究所、法國聚光光伏制造商Soitec公司、德國柏林亥姆霍茲研究中心，和法國原子能委員會電子與信息技術實驗室（CEA-Leti）的科學家聯合推出了319個太陽下，光電轉化效率高達43.6%的光伏電池。在此基礎上，科學家們經過精心的研究和優化，制造出了光電轉換效率高達44.7%的太陽電池。

研發流程

Soitec的主席和首席執行官安得烈-雅克利曼·安德里-荷夫表示：“在不到4個月的時間內，這項世界紀錄把我們的轉換效率提高了1%，這證明四結太陽電池設計方法極具潛力，我相信，太陽電池的轉換效率即將超越50%。”

這些太陽電池主要用于聚光光伏設備。聚光光伏技術（CPV）是指將匯聚后的太陽光通過高轉化效率的光伏電池直接轉換為電能的技術。利用光學元件將太陽光匯聚后再進行發電的聚光太陽能技術，被認為是太陽能發電未來發展趨勢的第三代技術。聚光光伏技術的轉換效率是傳統光伏技術轉換效率的兩倍。最新研制出的四結太陽電池中的單個電池由不同的III-V族（元素周期表中III族的B，Al，Ga，In和V族的N，P，As，Sb等）半導體材料制成，再將這些電池逐層堆積，單個子電池能吸收太陽光光譜中不同波長的光。

這項研發工作的負責人、弗朗霍夫太陽能系統研究所的弗蘭克·狄默思表示：“多年來，我們一直致力于多結太陽電池的研發工作，這種四結太陽電池是我們多年心血的結晶。除了改進材料和優化結構之外，被稱為‘晶圓接合’的新程序在研發過程中發揮了關鍵作用。憑借這一技術，我們能將兩個半導體晶體有序地接合起來，而不是讓其胡亂地堆積在一起。利用這種方式，我們能生產出最佳的半導體結合體，從而制造出效率更高的太陽電池。”

在AM 1.5d ASTM G173-03的光譜下，在297個太陽下，四結光伏電池的四個特性

四結光伏電池的外量子效率

晶圓接合

晶圓接合是一種封裝技術，晶圓級制造微機電系統（MEMS）、納米機電系統（NEMS）、微電子和光電子，確保了穩定的機械密封封裝。一個晶片是一個小的用于制造電路或者電子設備（例如硅）半導體材料。在接合過程中，機械或者電子設備自身與晶片接合，從而創建出芯片。晶圓接合技術對環境要求非常嚴格，它只能在特定的環境下才能夠進行工作。對于所使用的具體的粘結方法要設定與之相匹配的環境溫度。

弗朗霍夫太陽能系統研究所對晶圓接合技術進行了進一步的研發，使其能夠適用于特殊應用程序。除了傳統的技術，如陽極接合或直接鍵合、共晶鍵合/焊接、玻璃料粘接、激光輔助接合，高頻器件的襯底材料也應用于封裝的傳感器和激光組件中。弗朗霍夫太陽能系統研究所的這些技術對晶圓接合進程中的溫度、產量和粘結強度等都有所提高。

鏈接：

弗朗霍夫太陽能系統研究所：位于弗萊堡的弗朗霍夫太陽能系統研究所是歐洲歷史上最大的太陽能研究機構，研究所共有1300名工作人員。研究所致力于研發促進可持續的、經濟、安全和合理的能源供應系統。該研究所共有八個不同的業務領域：節能建筑、應用光學和功能表面、太陽能光熱技術、硅太陽電池、光伏組件和系統、替代光伏發電技術、可再生電源和氫能技術。