四结光伏电池创转化效率新纪录

付甜甜

四结光伏电池创转化效率新纪录

付甜甜

该电池创造了44.7%世界转换效率纪录。它由四个基于III-V族化合物半导体的光伏电池组成，可应用在聚光光伏技术中。

太阳能光伏技术经过近几十年的发展，已经在新能源领域确立了其重要地位。大力发展太阳能光伏发电已成为人类解决未来能源问题的重要途径。当前太阳能技术的重点是硅系太阳电池，然而硅系电池的低转换效率想要进一步提高是非常困难的。众所周知，提高转换效率和降低成本是太阳能光伏技术中的根本因素。因此，开展高效太阳电池技术研究，开发新的电池材料、电池结构，一直是该领域的热点。其中，高效多结太阳电池技术的研究尤为引人注目。目前研究较多的多结电池有III-V族材料体系、Ⅱ-Ⅵ族材料体系等。本文将主要介绍最新的III-V族材料体系的四结光伏电池。

日前，德国弗朗霍夫太阳能系统研究所、法国聚光光伏制造商Soitec公司、德国柏林亥姆霍兹研究中心携手宣布，他们制造出了一款在297个太阳下光电转化效率高达44.7%的四结光伏电池，仅仅经过三年的研究就创造了这一项新的世界纪录。这也就意味着太阳光谱中 44.7%的能量，由紫外线到红外线都转化成了电能。这项最新研究有望大幅降低太阳能发电的成本并为转化效率达50%的太阳电池的研发铺平了道路。

早期发展

早在今年5月份，德国弗朗霍夫太阳能系统研究所、法国聚光光伏制造商Soitec公司、德国柏林亥姆霍兹研究中心，和法国原子能委员会电子与信息技术实验室（CEA-Leti）的科学家联合推出了319个太阳下，光电转化效率高达43.6%的光伏电池。在此基础上，科学家们经过精心的研究和优化，制造出了光电转换效率高达44.7%的太阳电池。

研发流程

Soitec的主席和首席执行官安得烈-雅克利曼·安德里-荷夫表示：“在不到4个月的时间内，这项世界纪录把我们的转换效率提高了1%，这证明四结太阳电池设计方法极具潜力，我相信，太阳电池的转换效率即将超越50%。”

这些太阳电池主要用于聚光光伏设备。聚光光伏技术（CPV）是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的光伏电池直接转换为电能的技术。利用光学元件将太阳光汇聚后再进行发电的聚光太阳能技术，被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术。聚光光伏技术的转换效率是传统光伏技术转换效率的两倍。最新研制出的四结太阳电池中的单个电池由不同的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）半导体材料制成，再将这些电池逐层堆积，单个子电池能吸收太阳光光谱中不同波长的光。

这项研发工作的负责人、弗朗霍夫太阳能系统研究所的弗兰克·狄默思表示：“多年来，我们一直致力于多结太阳电池的研发工作，这种四结太阳电池是我们多年心血的结晶。除了改进材料和优化结构之外，被称为‘晶圆接合’的新程序在研发过程中发挥了关键作用。凭借这一技术，我们能将两个半导体晶体有序地接合起来，而不是让其胡乱地堆积在一起。利用这种方式，我们能生产出最佳的半导体结合体，从而制造出效率更高的太阳电池。”

在AM 1.5d ASTM G173-03的光谱下，在297个太阳下，四结光伏电池的四个特性

四结光伏电池的外量子效率

晶圆接合

晶圆接合是一种封装技术，晶圆级制造微机电系统（MEMS）、纳米机电系统（NEMS）、微电子和光电子，确保了稳定的机械密封封装。一个晶片是一个小的用于制造电路或者电子设备（例如硅）半导体材料。在接合过程中，机械或者电子设备自身与晶片接合，从而创建出芯片。晶圆接合技术对环境要求非常严格，它只能在特定的环境下才能够进行工作。对于所使用的具体的粘结方法要设定与之相匹配的环境温度。

弗朗霍夫太阳能系统研究所对晶圆接合技术进行了进一步的研发，使其能够适用于特殊应用程序。除了传统的技术，如阳极接合或直接键合、共晶键合/焊接、玻璃料粘接、激光辅助接合，高频器件的衬底材料也应用于封装的传感器和激光组件中。弗朗霍夫太阳能系统研究所的这些技术对晶圆接合进程中的温度、产量和粘结强度等都有所提高。

链接：

弗朗霍夫太阳能系统研究所：位于弗莱堡的弗朗霍夫太阳能系统研究所是欧洲历史上最大的太阳能研究机构，研究所共有1300名工作人员。研究所致力于研发促进可持续的、经济、安全和合理的能源供应系统。该研究所共有八个不同的业务领域：节能建筑、应用光学和功能表面、太阳能光热技术、硅太阳电池、光伏组件和系统、替代光伏发电技术、可再生电源和氢能技术。