Fraunhofer研究:多接合太陽能電池效率突破30%

發佈日期: 2016 年 11 月 10 日 15:55 | 作者: | 分類: 產業資訊

矽晶太陽能電池是目前太陽能發電技術的主流,但以目前已大規模商業化的技術而言,其轉換效率預期很難超過23%。業界與研究單位持續積極研發各種技術,以突破效率天花板;最新公開的技術證實,太陽能電池效率可突破30%。

德國Fraunhofer太陽能系統研究所(ISE)與奧地利公司EV Group(EVG)合作,成功以矽晶太陽能電池為基礎,加上擁有兩個電極的多接合太陽能電池技術,讓太陽能電池的轉換效率一舉衝高到30.2%。

Fraunhofer ISE和EVG的研究員透過直接晶圓接合(direct wafer bonding)製程將微米級的三五族半導體材料轉換為矽材;經電漿活化後,晶圓表面的次電池(subcell)將呈現真空狀接合,使三五族次電池表面的原子與矽原子緊密接合,形成以矽材為基礎的次電池。

透過堆疊磷化銦鎵(GaInP)、砷化鎵(GaAs)、矽(Si)等三種次電池所構成的多接合電池,能吸收更廣光譜的太陽光,轉換效率也能大幅提升。Fraunhofer ISE和EVG成功使4平方公分面積的三五族半導體/矽材多接合電池之轉換效率提高到30.2%,突破了矽晶太陽能電池的理論效率天花板29.4%,並由Fraunhofer實驗室檢證完成。

三五族半導體/矽材多接合太陽能電池的電流與電壓變化曲線圖。(來源:Fraunhofer

目前,這類三五族半導體/矽材多接合電池的成本仍然高昂,三五族半導體磊晶工程和接合技術等都有成本降低空間。Fraunhofer ISE的研究人員表示會繼續進行研究,以推動轉換效率30%以上太陽能模組問世。

夏普類似技術,用於人造衛星和咖啡椅

同樣以多接合技術來發展高效太陽能電池的,還有日商夏普(Sharp)。夏普今年5月公開與日本NEDO合作的研究成果,透過化合物三接合技術打造了轉換效率達31.17%的太陽能光伏電池,為目前全球轉換效率最高的技術。

夏普的化合物三接合電池層疊磷化銦鎵、砷化鎵以及砷化銦鎵(InGaAs)等三層吸光構造,並以特殊的穿隧接合層與緩衝層穿插組合其中,使電池可吸收的光譜更廣、吸光效率更高。

夏普的化合物三接合太陽能電池,轉換效率紀錄為 31.17% 。(來源:Sharp)

夏普於5月發表的31.17%效率紀錄實現於986平方公分的大面積電池上;而在這之前,同樣的技術曾在1.047平方公分的小面積電池上創造37.9%的效率。

過去,夏普將此技術應用於人造衛星上,但今年10月,夏普將其應用於咖啡椅上,並結合蓄電池和USB充電埠,打造出特別的太陽能充電椅,目前已設置在東京的三家Starbucks門市。

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