三五族半導體與矽晶太陽能迸出新火花,轉換效率高達 35.9%

發佈日期: 2021 年 04 月 28 日 17:47 | 作者: | 分類: 產業資訊

由三五族半導體製成的太陽能電池轉換效率成績頗為亮眼,或許也可以說是最有機會跨出 50% 門檻的太陽能技術,如今德國科學家也研發出轉換效率高達 35.9% 的三五族太陽-矽晶串疊型太陽能電池。

三五族半導體太陽能之所以會有如此高的成就,主要是因為三族的鋁、鎵、銦及五族的氮、磷、砷等元素能隙大小界於 1 ~ 3 電子伏特(eV),為直接能隙的半導體,都具有優異的光電轉換特性以及電子傳輸特性,為 LED、光電產業與通訊技術重要半導體材料,隨著 5G 、WiFi 6 時代來臨,三五族半導體更是受惠族群。

2020 年 4 月美國國家再生能源(NREL)團隊研製出三五族半導體太陽能,以「六接面(six-junction)」技術實現高達 47.1% 轉換效率,而三五族半導體也能傳統矽晶的異質整合,本次德國德國弗勞恩霍夫研究院太陽能系統研究所(Fraunhofer ISE)帶來的太陽能技術便是如此。

團隊透過串疊型技術,在既有矽晶基板上以原子等級疊加三五族半導體,打造「三接面(triple-junction)」太陽能。

多接面太陽能的轉換效率都頗高,主要是因為這些薄膜由不同半導體構成,以不同的能隙吸收特定光譜,達到一加一大於二的效果,生成更多的能量。根據 Fraunhofer ISE 的說法,經過 AM1.5g 陽光模擬器測試,已刷新全新世界紀錄,更證明串疊型矽晶太陽能的潛力。

以外觀來看,團隊研發的三五族半導體-矽晶太陽能結構很像一般的二端(two-terminal)多接面太陽能電池,Fraunhofer ISE 三五族太陽光電和集中器技術博士生 Patrick Schygulla 表示,新設計使我們能夠進一步改善電荷載子壽命,提高太陽能電池電壓。

三五族半導體太陽能其實不罕見,轉換效率高、重量輕,美國太空總署(NASA)早在 1950 年代就將該技術用在火星探測,但由於複雜的磊晶步驟與半導體工藝,成本較為高昂,應用範圍無法像矽晶太陽能般廣泛,不然這項技術對於無人機、電動車發展都頗有幫助。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:Fraunhofer ISE

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