太陽(yáng)能電池效率再創(chuàng)新高 28.2%接近最大理論值
來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)來(lái)源 日期:2011-6-24 作者:全球電池網(wǎng) 點(diǎn)擊:
創(chuàng)建于2007年,位于美國(guó)加州Santa Clara的阿爾塔設(shè)備公司(Alta Devices)稱,已取得創(chuàng)紀(jì)錄的太陽(yáng)能電池效率達(dá)28.2%,接近理論最大值33.5%。這個(gè)數(shù)值大約比去年的紀(jì)錄高出2個(gè)百分點(diǎn)。阿爾塔設(shè)備公司稱,其創(chuàng)新技術(shù)可用于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
如果太陽(yáng)能發(fā)電要與化石燃料競(jìng)爭(zhēng),提高效率就必不可少。增加單個(gè)太陽(yáng)能電池的輸出功率,就可減少每套設(shè)備所需要的電池?cái)?shù),也可以削減某些方面的成本,如安裝,布線以及一些電子裝置方面,因?yàn)橐央姵匕暹B接到電網(wǎng)。
阿爾塔設(shè)備公司的研究人員研究砷化鎵(gallium arsenide),提高內(nèi)在屬性,使它“幾乎成為理想的太陽(yáng)能電池材料,”Alta合伙創(chuàng)始人、加州理工大學(xué)(Caltech)應(yīng)用物理學(xué)教授 Harry Atwater說(shuō),當(dāng)太陽(yáng)能電池吸收陽(yáng)光時(shí),部分能量在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生電子,這些電子被迅速引出電池,形成電力。如果電子被提取得不夠快,它們就會(huì)衰變,釋放能量,成為熱或光。喪失這種能量作為熱量,就會(huì)減少電池產(chǎn)生的電壓和電流量,也減少功率輸出。但是,相反,如果電子產(chǎn)生的是光,這種光就可被太陽(yáng)能電池再次吸收,生成另一個(gè)電子,這就提供了另一個(gè)機(jī)會(huì),使能量在陽(yáng)光下可成為電力。
在砷化鎵中,幾乎所有的電子都是產(chǎn)生光,而不是熱。在這種最高質(zhì)量的材料樣品中,每進(jìn)入一個(gè)光子,光生產(chǎn)和再吸收循環(huán)可發(fā)生100次,這就提供了很高的概率,產(chǎn)生的電子最終會(huì)被引導(dǎo)發(fā)電。為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的太陽(yáng)能電池的效率,阿爾塔設(shè)備公司的研究人員開發(fā)了一些化學(xué)處理方法,用于材料裂紋,否則,這些裂紋會(huì)有一種傾向,絆住電子,并使它們釋放能量作為熱。他們還努力改進(jìn)電池背面,確保產(chǎn)生的光子被反射回材料中,從而更有可能使它們產(chǎn)生電力。
值得注意的是,研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)高效率,采用的一些技術(shù),阿特沃特說(shuō)可以用于廉價(jià)制造。砷化鎵太陽(yáng)能電池生產(chǎn)成本一直就非常高,因?yàn)樗麄兊闹苽涫遣捎脴O高質(zhì)量的半導(dǎo)體晶片,類似于計(jì)算機(jī)芯片所用的那種。為了削減成本,阿爾塔設(shè)備公司正在使用一項(xiàng)技術(shù),稱為外延層剝離(epitaxial liftoff),這種技術(shù)的早期版本,開創(chuàng)者是阿爾塔設(shè)備公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Eli Yablonovitch,是在20世紀(jì)80年代提出的。在該技術(shù)的最新版本中,這種晶圓被用作種模板,以培育非常薄的層狀晶體材料,形成太陽(yáng)能電池。這些層隨后會(huì)擺脫晶圓,采用化學(xué)蝕刻剝離,從而使晶圓可以再次使用。
Atwater說(shuō),公司正在努力改善外延層剝離,開發(fā)更好的方法,在晶圓上生長(zhǎng)結(jié)晶層。目前的方法稱為化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition),速度太慢,難以制備廉價(jià)的太陽(yáng)能電池。
這種高效率電池,阿爾塔設(shè)備公司已經(jīng)生產(chǎn),是體積小的一次性設(shè)備。這家公司更大的太陽(yáng)能電池組件效率較低,約21%。通常情況下,公司轉(zhuǎn)向大規(guī)模生產(chǎn)時(shí),效率會(huì)下降幾個(gè)百分點(diǎn)。阿爾塔設(shè)備公司也需要證明,這種高效率電池可持續(xù)使用數(shù)十年,經(jīng)受風(fēng)吹雨打,不會(huì)顯著降低性能。
如果太陽(yáng)能發(fā)電要與化石燃料競(jìng)爭(zhēng),提高效率就必不可少。增加單個(gè)太陽(yáng)能電池的輸出功率,就可減少每套設(shè)備所需要的電池?cái)?shù),也可以削減某些方面的成本,如安裝,布線以及一些電子裝置方面,因?yàn)橐央姵匕暹B接到電網(wǎng)。
阿爾塔設(shè)備公司的研究人員研究砷化鎵(gallium arsenide),提高內(nèi)在屬性,使它“幾乎成為理想的太陽(yáng)能電池材料,”Alta合伙創(chuàng)始人、加州理工大學(xué)(Caltech)應(yīng)用物理學(xué)教授 Harry Atwater說(shuō),當(dāng)太陽(yáng)能電池吸收陽(yáng)光時(shí),部分能量在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生電子,這些電子被迅速引出電池,形成電力。如果電子被提取得不夠快,它們就會(huì)衰變,釋放能量,成為熱或光。喪失這種能量作為熱量,就會(huì)減少電池產(chǎn)生的電壓和電流量,也減少功率輸出。但是,相反,如果電子產(chǎn)生的是光,這種光就可被太陽(yáng)能電池再次吸收,生成另一個(gè)電子,這就提供了另一個(gè)機(jī)會(huì),使能量在陽(yáng)光下可成為電力。
在砷化鎵中,幾乎所有的電子都是產(chǎn)生光,而不是熱。在這種最高質(zhì)量的材料樣品中,每進(jìn)入一個(gè)光子,光生產(chǎn)和再吸收循環(huán)可發(fā)生100次,這就提供了很高的概率,產(chǎn)生的電子最終會(huì)被引導(dǎo)發(fā)電。為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的太陽(yáng)能電池的效率,阿爾塔設(shè)備公司的研究人員開發(fā)了一些化學(xué)處理方法,用于材料裂紋,否則,這些裂紋會(huì)有一種傾向,絆住電子,并使它們釋放能量作為熱。他們還努力改進(jìn)電池背面,確保產(chǎn)生的光子被反射回材料中,從而更有可能使它們產(chǎn)生電力。
值得注意的是,研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)高效率,采用的一些技術(shù),阿特沃特說(shuō)可以用于廉價(jià)制造。砷化鎵太陽(yáng)能電池生產(chǎn)成本一直就非常高,因?yàn)樗麄兊闹苽涫遣捎脴O高質(zhì)量的半導(dǎo)體晶片,類似于計(jì)算機(jī)芯片所用的那種。為了削減成本,阿爾塔設(shè)備公司正在使用一項(xiàng)技術(shù),稱為外延層剝離(epitaxial liftoff),這種技術(shù)的早期版本,開創(chuàng)者是阿爾塔設(shè)備公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Eli Yablonovitch,是在20世紀(jì)80年代提出的。在該技術(shù)的最新版本中,這種晶圓被用作種模板,以培育非常薄的層狀晶體材料,形成太陽(yáng)能電池。這些層隨后會(huì)擺脫晶圓,采用化學(xué)蝕刻剝離,從而使晶圓可以再次使用。
Atwater說(shuō),公司正在努力改善外延層剝離,開發(fā)更好的方法,在晶圓上生長(zhǎng)結(jié)晶層。目前的方法稱為化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition),速度太慢,難以制備廉價(jià)的太陽(yáng)能電池。
這種高效率電池,阿爾塔設(shè)備公司已經(jīng)生產(chǎn),是體積小的一次性設(shè)備。這家公司更大的太陽(yáng)能電池組件效率較低,約21%。通常情況下,公司轉(zhuǎn)向大規(guī)模生產(chǎn)時(shí),效率會(huì)下降幾個(gè)百分點(diǎn)。阿爾塔設(shè)備公司也需要證明,這種高效率電池可持續(xù)使用數(shù)十年,經(jīng)受風(fēng)吹雨打,不會(huì)顯著降低性能。
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