太阳能电池新纪录 – 太阳能电池新纪录

发表于：2020年8月10日 /更新，发表于：2020年8月17日 - 作者： Konrad Wolfenstein

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串联效率更高——太阳能电池新纪录

光伏研究正在努力进一步提高太阳能电池的效率。人们越来越关注串联光伏发电，其中将强大的太阳能电池材料以不同的组合组合在一起，以便在将光转换为电能时更有效地利用太阳光谱。 Fraunhofer ISE 现已创下直接在硅上生长的 III-V/Si 串联太阳能电池效率 25.9% 的新纪录。这是首次在经济高效的硅基板上制造 - 这是串联光伏经济解决方案道路上的一个重要里程碑。

直径为 10 厘米的硅基板上的多个 III-V 串联太阳能电池 - © Fraunhofer ISE - 照片：Markus Feifel

弗劳恩霍夫太阳能系统研究所 ISE 多年来一直致力于多个太阳能电池的研究，其中两个或三个子电池一个一个地排列在另一个之上，以将不同波长的阳光转化为电能。硅适合作为光谱的红外部分的吸收剂，并且在其顶部应用了几微米厚的 III-V 半导体层，这些材料来自元素周期表的 III 族和 V 族，可转换紫外线、可见光和可见光。近红外光更有效地转化为电行走。纯 III-V 族半导体太阳能电池已用于太空和聚光光伏发电。通过更具成本效益的工艺与硅作为最低的子电池相结合，串联技术也应该在未来广泛应用于光伏领域。然而，距离那时还有很长的路要走。

直接在硅上生长的 III-V/Si 串联太阳能电池为 25.9%

有不同的方法来创建 III-V 族和硅太阳能电池的组合。自 2019 年以来，Fraunhofer ISE 保持了串联太阳能电池效率 34.1%（目前为 34.5%）的世界纪录，其中 III-V 半导体层从砷化镓基板转移到硅上，各层通过-称为晶圆 -Bond 相连。这项技术高效但昂贵。因此，Fraunhofer ISE 多年来一直致力于更直接的制造工艺，其中 III-V 层沉积或外延到硅太阳能电池上。保持所有层的高晶体质量至关重要——这是一项重大挑战。这种直接在硅上生长的 III-V/Si 串联太阳能电池现已达到 25.9% 的新世界纪录效率。 Fraunhofer ISE 科学家 Markus Feifel 最近在第 47 届 IEEE 光伏专家会议（与目前许多会议一样在网上举行）上展示了他的成功，并荣获混合串联太阳能电池类别的学生奖。这位年轻的太阳能电池研究人员解释说：“从外部看不到电池复杂的内部结构，因为所有吸收器都相互连接，并通过额外的晶体层进行电连接。”他将工作结果从 24.3 提高到了在不到一年的时间里，25.9% 的百分比可能会提高。 “这一成功是通过替换多个电池中的单个薄层来实现的，”他进一步解释道。 “对我们的细胞的仔细分析表明，这一层形成了导电屏障。”

自 2007 年以来，弗劳恩霍夫研究所的研究人员一直与伊尔梅瑙工业大学、菲利普斯大学一起逐步开发该技术。马尔堡和 Aixtron 公司建立了特殊的外延系统，并对结构的每一层进行了检查。这些开发项目由联邦研究部 BMBF 资助，作为“III-V-Si”和“MehrSi”项目的一部分。新型串联太阳能电池的一个特别亮点是，III-V族层不是像以前那样生长在化学机械抛光的基板上，而是生长在硅片上，仅使用简单的工艺锯切晶体后，进行了廉价的研磨和蚀刻工艺。作为欧洲“SiTaSol”项目的一部分，丹麦公司 Topsil 开发了这些硅片，从而朝着经济生产新型多结太阳能电池迈出了重要一步。未来，我们的目标将是进一步提高效率，更快地沉积层，具有更高的吞吐量，因此更具成本效益，目标是串联光伏发电为能源转型所需的光伏发电做出重要贡献 -可以实现扩展。

能源转型关键技术

目前，太阳能电池发电是世界许多地区最便宜的能源生产形式。 “欧洲光伏研究正在制定许多概念，以进一步提高这一能源转型关键技术的效率，”教授、博士说。 Stefan Glunz，光伏研究主管。 »我们不仅致力于使硅太阳能电池的生产更加可持续和更具成本效益，同时我们还在探索新的方法，将经过验证的硅与其他半导体材料结合使用，以实现更高的效率。我们可以通过串联光伏发电来实现这一目标。«串联光伏发电不仅为未来的发电开辟了道路，这些太阳能电池 - 由于其电压较高 - 也是电解的理想选择，将水直接分解为氢气和氧气。因此，该技术也有助于生产氢气作为储能装置和能源转型的重要组成部分。

III-V/Si 多结太阳能电池的层结构 – © Fraunhofer ISE

AM 1.5g光谱条件下III-V/Si多重太阳能电池的层结构、量子效率和IV特性

串联效率更高——太阳能电池新纪录

光伏研究正在努力不断提高太阳能电池的效率。人们越来越关注串联光伏发电，其中高性能太阳能电池材料以各种组合方式组合在一起，以便更有效地利用太阳光谱将光转换为电能。 Fraunhofer ISE 目前报告直接在硅上生长的 III-V/Si 串联太阳能电池的效率达到了 25.9% 的新纪录。这是首次在低成本硅基板上生产——这是串联光伏经济解决方案道路上的一个重要里程碑。

直径 10 厘米的硅基板上的多个 III-V 串联太阳能电池 – © Fraunhofer ISE – 照片：Markus Feifel

弗劳恩霍夫太阳能系统研究所 ISE 多年来一直致力于多结太阳能电池的研究，其中两个或三个部分电池一层一层地排列，将不同波长的阳光转化为电能。硅适合作为光谱中红外部分的吸收剂，以及 III-V 族半导体层（元素周期表中第 III 族和 V 族的材料），可更有效地将紫外光、可见光和近红外光转化为沉积在其上的电能。其顶部。纯 III-V 族半导体太阳能电池已用于太空和聚光光伏发电。通过更具成本效益的工艺与硅作为最低子电池的结合，串联技术将在未来广泛应用于光伏发电。然而，距离那时还有很长的路要走。

直接在硅上生长的 III-V/Si 串联太阳能电池为 25.9%

有不同的方法来产生III-V和硅太阳能电池组合。例如，自2019年以来，Fraunhofer ISE持有世界记录34.1％的效率（现在为34.5％），用于串联太阳能电池，其中IIII-V半导体层从Alsenide层从Alsenide sistrate传递到有机硅，并由LIGG层连接到LIGG的层。所谓的晶圆粘结。这项技术是有效但昂贵的。因此，Fraunhofer ISE在更直接的制造过程中工作了多年，其中III-V层被沉积或同时显示在硅太阳能电池上。在这里，保持所有层的高晶体质量至关重要 - 这是一个主要的挑战。现在，对于直接在硅上生长的III-V/Si串联太阳能电池，现已实现了25.9％的新创纪录效率。 Fraunhofer ISE科学家Markus Feifel最近能够在第47届IEEE Photovoltaic专家会议上介绍他的成功，该会议像当前的许多会议一样，并在混合串联太阳能电池类别中获得了学生奖。 “从外部看，细胞的复杂内部结构不可见，因为所有吸收器均通过其他晶体层连接并电线连接，”年轻的太阳能电池研究解释说。”不到一年的25.9％。他继续说：“通过替换多个电池中的单个薄层来实现这一成功。” “对我们的细胞进行了仔细的分析表明，该层为电源线造成了障碍。”

在小步骤中，自2007年以来，Fraunhofer研究人员与菲利普大学Ilmenau技术大学合作，进一步开发了这项技术。 Marburg和Aixtron公司，建立了特殊的外观设备并检查结构的每一层。论文的发展由德国联邦教育与研究部（BMBF）资助，作为“ III-V-SI”和“ MEHRSI”项目的一部分。新的串联太阳能电池的一个特殊亮点是，III-V层不是像以前的情况一样在化学机械抛光的底物上生长，而是在硅晶片上生长，而在硅晶片上，在锯齿状晶体后，仅使用便宜的磨削和简单的过程处理了晶体，蚀刻过程。在欧洲项目的“ Sitasol”中，丹麦公司Topsil开发了论文硅晶体，因此意识到迈向新的多结太阳能电池的经济生产的重要一步。将来，其目的是进一步进一步启发效率，以便实现更快的速度的沉积，高高的高高，因此更高的成本传统，其目的是串联光伏可以为光伏扩展做出进口的贡献能量周转所必需的。

能源系统转型关键技术

在当今世界的许多地方，太阳能电池的电力是能源产生的最便宜形式。 “欧洲光伏研究正在研究许多概念，以进一步发展这一关键技术的能源周转效率。” Stefan Glunz，光伏研究部负责人。 “我们不仅在努力使硅太阳能电池的生产更加可持续性和成本效益，而且与此同时，我们也是如此，以使经过验证的硅与其他半导体材料联合起来，甚至效率。我们正在用串联光伏的方法来实现这一目标。串联光伏不仅是通往发电的未来的方式，因此论文太阳能电池（由于其较高的电压）非常适合电解，还适用于电解，将水直接分解为氢和氧气。因此，这项技术有助于将氢作为能量介质的生产和能量周转的重要组成部分。

III-V/Si 多结太阳能电池的层结构 – © Fraunhofer ISE

AM 1.5g光谱条件下III-V/Si多结太阳能电池的层结构、量子效率和IV特性