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今年1月份,美国海军实验室(NRL)和位于伊利诺伊州奈尔斯的MicrolinkDevicesInc.公司宣布将共同开发有潜力达到50%转换效率的三结电池。也包括来自英国伦敦帝国学院的合作,该项目的目的是研发出一种晶格匹配的三结光伏电池。
就在NRL宣布该项目前的几个月,2012年10月,位于加利福尼亚州圣何塞的SolarJunction公司宣布它的最新多结电池以44%转换效率打破了其之前的纪录。在新闻发布会上,该公司再次显示了其在多结电池领域的领导地位。
据工业专家介绍,目前多结电池的发展空间还很小,但其具有良好的创新性并能大幅地开拓现有的光伏组件市场。
工艺研发
多结电池包括多个叠层,每层都可以吸收阳光光谱中不同波长的光。"我们将阳光中的光谱有效地分离,"MicrolinkDevices公司光伏板材产品负责人RayChan解释道。"这就好像将三种不同的太阳电池堆叠到了一起。"
三层(电池)中一层俘获蓝光,而第二层和第三层就分别俘获可见光和红外光。
对于研究者而言,关键任务就是找到针对三种不同叠层的合适材料。"新颖性就在于对与磷化铟(InP)晶格匹配的InAlAsSb四元合金的识别,根据我们的模型,其直接带隙宽度可高达1.8eV,"NRL固态器件部的负责人RobertJ.Walters博士解释道。
"使用这种材料,我们可以设想全部由与InP晶格匹配的材料组成的三结电池,在AM0时,它与地面光谱契合地非常理想,"他说。
"带隙"指的是受到光子激发后电子的跃迁程度。不同材料的带隙宽度也不同,单位是电子伏(eV)。NRL在其公告中特别指出,他们将用高带隙半导体材料吸收短波长辐射,而长波长部分则传输到后续半导体。
NRL和Microlink研究备选材料的目的就是找到一种可以优化带隙的完美晶格匹配结构。Walters博士指出,现有的其他多结太阳电池都是基于非晶格匹配结构达到所需带隙的。
"我们的模型显示出这些技术无法达到晶格匹配材料期许的高效,"他说。"主要突破就是对InAlAsSb四元合金的识别。"
眼下研究者们的任务就是生长这种材料并在之上创造高质量的结。"我们刚着手进行对这种材料培育的研究,希望在明年内可以看到显而易见的进展,"Walters博士说。
目前,研发团队刚刚进行项目的初始阶段。"我们已经建模并且识别了材料,现在就要开始材料的培育研究,"他说。"InAlAsSb的生长极具挑战性,所以我们预计要在材料培育上花费一定的时间。"
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