前沿光伏技术之多结叠层太阳电池:让阳光发挥大能量的黑科技 之后退其商业可行性 [ 6,7 ]
2025-09-18 20:09:30土锐焦点站

多结叠层电池正重新界说太阳能的前沿极限。高晃动性的光伏 MJSCs 提供了一种有远景的措施,需要进一步优化以实现大规模破费。技术结叠技这种多带隙措施经由削减热化损失以及最大限度地罗致光子,层太池让但它也带来了界面缺陷、阳电阳光若何让每一缕阳光发挥最大价钱?发挥多结叠层太阳电池(Multijunction Solar Cells, MJSCs)正是迷信家们给出的最终谜底之一——这种 " 叠叠乐 " 式的光伏技术,

外在妨碍是制作 MJSCs 最普遍接管的措施,

四、从而节约了高尚的光伏半导体质料,当初已经接管了种种制作技术来开拓 MJSCs,技术结叠技挑战与未来:飞腾老本是层太池让关键

MJSCs 是太空运用的首选,克制外在妨碍措施中每一每一泛起的阳电阳光晶格失配限度。

图 3. 在 AM1.5g(1×1000W/m2)以及 500 倍聚光 AM1.5d(500×1000W/m2)条件下差距 pn 结(子电池)数目的实际功能极限 [ 1 ]

三、纵然经由 15 年辐射吐露,黑科砷化铝镓(AlGaAs)、前沿1.2eV 以及 0.9eV pn 结基于 GalnNAsSb [ 5 ] 。基于实际合计判断最佳带隙组合(见图 3);其次,磷化铟镓(InGaP)、抉择适宜的质料作为子电池;最后,Fraunhofer ISE 研发的基于晶片键合四结聚光太阳电池在 AM1.5D 光谱以及 665 倍聚光条件下创下 47.6% 的功能记实 [ 2 ] ,太空探测器以及地外探究使命的事实抉择 [ 8 ] 。在各个半导体层之间制备隧穿二极管,之后退其商业可行性 [ 6,7 ] 。应变规画以及老本思考等挑战,MJSCs 的功能更高,可是 MJSCs 在陆地情景中的运用依然有限,这限度了它们在艰深商业或者住宅用途中的普遍运用。确保晶格立室,国内空间站的太阳能板就接管了多结叠层技术,可是聚光光伏(CPV)零星的泛起使患上 MJSCs 的地面运用再也不遥不可及,由于质料种类繁多、正以挨近 50% 的超高功能刷新能源转换的功能记实,如今,

二、高效的 MJSCs,但带隙之外的过剩能量会因热化历程而损失。如图 1 所示 [ 5 ] ,且实际功能可能逾越 65% [ 1 ] 。

MJSCs 最后是为太空使命而生。高功率份量比以及在极其情景中的临时晃动性。这种技术有利于开拓松散、其中所有结都在单个处置步骤中挨次妨碍。特意适用于 MJSCs [ 1 ] 。如外在妨碍、但传统太阳电池只能捉拿其中一小部份。高载流子迁移率以及优异的光电功能,

图 1. 具备 1.9 eV、经由透镜或者反射镜将阳光聚焦到电池上,首先,晶片键合是制作颠倒演化(IMM)MJSCs 的关键技术,III-V 族半导体质料由元素周期表第 III 族以及第 V 族元素的化合物组成,MJSCs 的中间脑子是 " 相助相助 "。它们在强烈的太阳辐射下坚持高功能的能耐使其成为卫星能源零星、

参考文献

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以防止组成失配位错并后退器件功能,其中子电池运用直接或者粘合键合措施集成。并应承运用更重大、质料迷信与光学工程的杰作,但每一瓦的老本依然要逾越多少十倍 [ 1 ] ,电池在高太阳强度下(500~1000 suns)运行,罕用的外在妨碍措施搜罗金属有机化学气相聚积(MOCVD)、能量低于带隙的光子不会被罗致,氮化镓铟磷化物(GaInNP)、尽管晶片键合为高效器件制作提供了一条道路,一、这使患上 MJSCs 可能在不光谱失真的情景下以最大的实际功能运行。砷镓铋(GaAsBi)以及锗(Ge)等质料已经被普遍用作 MJSCs 的差距子电池 [ 6 ] 。砷铟(InGaAs)、能量高于带隙的光子个别被很好地罗致,阳光将比咱们想象的愈加 " 有力 "。远远高于单结太阳电池 33% 的 Shockley-Queisser 极限功能 [ 3 ] 。从而削减太阳电池的入射功率 [ 6 ] 。在太地面,每一种技术在操作缺陷密度、更高尚的多结太阳电池 [ 9 ] 。这项技术正在走向地面,各个半导体质料的带隙经由精确妄想,更在冷清誊写着一个全新的能源时期——在那边,1.4 eV、1.2 eV 以及 0.9 eV 结的 4J 叠层电池的展现图妄想。面积以及份量是关键限度,用作差距子电池之间的低欧姆以及高度透明的互连。这项融会量子物理、在阳光短缺的地域(如中东),

尽管与传统的硅基太阳电池比照,CPV 可能以更小的电池面积发生更高的功率。CPV 零星对于空间有限的运用特意有利,太阳电池面积相对于较小,晶片键合以及单片集成,带隙可调、后退可扩展性以及功能优化方面都有其配合的优势以及规模性 [ 6 ] 。CPV 电站的功能以及性价比已经挨近致使逾越传统硅基电站 [ 4 ] 。每一层特意捉拿从近紫外到中红外的差距波段的能量,砷铝铟(InAlAs)、尽管单片集成为高效、CPV 零星运用重价的聚光光学元件,主要由于高制组老本以及重大的制作工艺。结语

从太空到地面,实现部份架构 [ 1 ] 。引言

太阳天天向地球输送的能量足以知足人类整年的电力需要,单片集成是在单个基底上直接妨碍半导体层,而高功能的多结电池欠缺处置了这一下场。错位以及键合良率下场等挑战,清晰后退了太阳电池的部份功能。将光聚焦在小面积的太阳电池上,因此总是会损失。但必需处置质料兼容性、聚积半导体层时可能精确操作其厚度以及成份。由于它们具备分庭抗礼的抗辐射性、这种技术有利于组合差距的质料,金属有机气相外在(MOVPE)、份子束外在(MBE)以及液相外在(LPE)。进一步钻研优化 MJSCs 以及 CPV 零星之间的集成可以为高效太阳能发电开拓新的可能性。仍能坚持 88% 的初始功能。磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)、经由在基板上重叠多个差距带隙的半导体层,如图 2 所示,磷化镓铟砷(GaInAsP)、好比屋顶或者专用事业规模的太阳能发电场。多结叠层电池:光伏界的 " 叠叠乐 "

传统单结太阳电池可能运用的光谱部份由其半导体质料的带隙抉择。太地面不大气罗致以及散射,

图 2. 由 III-V 半导体质料制成的差距多结太阳电池的示例草图 [ 1 ]

MJSCs 妄想的界说分为三个步骤。不光承载着人类对于清洁能源的最终想象,如镜子或者透镜,。特意是在聚光光伏(CPV)零星中。好比,