奈米結構打造全新矽晶太陽能電池,轉換效率可望突破 26%

發佈日期: 2021 年 04 月 22 日 15:53 | 作者: | 分類: 產業資訊

如今太陽能已經是頗具競爭力的發電來源,不過如果能改良現有技術、進一步提高轉換效率,何樂而不為,最近德國科學家以奈米結構結合截然不同太陽能電池設計,製造出轉換效率有機會高達 26% 的太陽能電池。

近年來為了提高太陽能轉換效率與性能,不少科學家與廠商紛紛關注鈣鈦礦太陽能電池等新興材料,其發展也符合期待,最高轉換效率已經達到 25% 以上,待解決耐用性、壽命等挑戰將有一番作為。

不過持續深根現有的矽晶太陽能技術的科學家也不少,目前市面上已經可以買到轉換效率達 23% 的模組,若能再提高轉換效率,將能再次降低太陽能成本。

太陽能板的能量損失包含能量低於矽晶能隙( 1.12 eV )的非吸收損耗、高於矽晶能隙的熱損失以及內部缺陷、接觸產生的複合問題等,而「鈍化技術」對提高太陽能轉換效率、開路電壓有很大的影響,可以增大表面能隙、增加入射光,或是增強表面原子鍵結穩定度提高耐用性等,常見技術好比鈍化發射極觸點電池(PERC)技術。

現在德國亥姆霍茲聯合會於利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)帶來不一樣的太陽能電池結構,由下至上分別為矽晶、二氧化矽、鈍化碳化矽與導電碳化矽、透明導電氧化物氧化銦錫(ITO),最上面則是完全透明的鈍化接觸層(Transparent Passivating Contact,TPC)。

於利希團隊的做法是先在二氧化矽層上沉積雙層的金字塔型碳化矽奈米晶體,再以化學氣相沉積(CVD)和濺鍍法兩種濕法化學工藝研製出透明氧化銦錫層。於利希能源與氣候研究所(IEK-5)博士兼論文第一作者 Malte Köhler 表示,團隊研發的奈米結構恰好滿足太陽能電池所需的鈍化技術,且超薄的 TPC 層是透明的,幾乎不會影響入射光,也同時具備高電導率。

目前第一個電池原型表現也不錯,轉換效率為 23.99%(±0.29%),也獲得德國哈梅恩太陽能研究所(ISFH)獨立實驗室的認證,模擬實驗更表示,透過 TPC 技術轉換效率可以超過 26%。

矽晶太陽能電池在過去幾十年來進展穩定,為太陽能產業中發展最成熟的技術,未來需要持續突破不然將會被新的太陽能技術取代。團隊指導教授 Kaining Ding 也表示,過去沒有任何一個方法可將鈍化、透明、導電三種要素揉合在一個設計中,團隊還採用能快速整合量產的製程方法。

(合作媒體:科技新報。圖片來源:於利希

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