硅太陽能電池新技術(shù)：33%的能量轉(zhuǎn)換率

       硅太陽能電池如今以90％的份額主導(dǎo)了全球光伏市場。隨著新技術(shù)的發(fā)展，研究和工業(yè)正接近半導(dǎo)體硅的理論效率極限。同時(shí)，他們正在開辟新的道路，以開發(fā)新一代更高效的太陽能電池。
       弗勞恩霍夫研究人員使用具有0.002 mm極薄III-V化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體層并將其粘結(jié)到硅太陽能電池上，實(shí)現(xiàn)了基于硅的多結(jié)太陽能電池的高轉(zhuǎn)換效率。相比之下，這些層的厚度小于人發(fā)厚度的二十分之一。可見光被砷化鎵鎵（GaInP）頂部電池吸收，砷化鎵（GaAs）吸收近紅外光，硅子電池吸收更長的波長。這樣，可以顯著提高硅太陽能電池的效率。

       Fraunhofer ISE研究所所長Andreas Bett博士說：“光伏是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支柱?！?nbsp;“與此同時(shí)，成本已降低到一定程度，以至于光伏電池已成為傳統(tǒng)能源在經(jīng)濟(jì)上可行的競爭對(duì)手。但是，這種發(fā)展尚未結(jié)束。新的結(jié)果表明，如何通過提高效率來減少材料消耗，從而不僅可以進(jìn)一步優(yōu)化光伏電池的成本，而且可以以資源友好的方式進(jìn)行制造。
       早在2016年11月，弗萊堡的太陽能研究人員及其行業(yè)合作伙伴EVG就證明了30.2％的效率，到2017年3月將其提高到31.3％。現(xiàn)在，他們?cè)俅纬晒Φ貥O大地改善了硅的光吸收和電荷分離，從而創(chuàng)下了33.3％的效率新紀(jì)錄。該技術(shù)還說服了綠色技術(shù)獎(jiǎng)2018評(píng)審團(tuán)，并被提名為“能源”類別的前三名。
技術(shù)
       為了取得這一成就，研究人員使用了微電子工業(yè)中一種眾所周知的“直接晶圓鍵合”工藝，將厚度僅為1.9微米的III-V半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到了硅上。在高真空下用離子束在EVG580®ComBond®室中對(duì)表面進(jìn)行脫氧，然后在壓力下將其粘合在一起。III-V子電池表面上的原子與硅原子形成鍵，從而形成整體式器件。從外觀上看不出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性：該電池具有簡單的前后接觸，就像傳統(tǒng)的硅太陽能電池一樣，因此可以以相同的方式集成到光伏模塊中。
       III-V / Si多結(jié)太陽能電池由一系列相互堆疊的子電池組成。所謂的“隧道二極管”內(nèi)部連接了三個(gè)由磷化銦鎵（GaInP），砷化鎵（GaAs）和硅（Si）組成的子電池，它們跨越了太陽光譜的吸收范圍。GaInP頂部電池吸收300至670 nm之間的輻射。中間的GaAs子電池吸收500至890 nm之間的輻射，底部的Si子電池分別吸收650至1180 nm之間的輻射。首先將III-V層外延沉積在GaAs襯底上，然后結(jié)合到硅太陽能電池結(jié)構(gòu)上。在此，將隧道氧化物鈍化觸點(diǎn)（TOPCon）應(yīng)用于硅的正面和背面。隨后去除GaAs襯底，實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的背面接觸以延長光的路徑長度。

       年輕的科學(xué)家，第一作者羅曼·卡里烏（Roman Cariou）博士獲得了瑪麗·居里（Marie Curie）血統(tǒng)書（HISTORIC，655272）的支持，獲得了歐盟的支持。歐盟在NanoTandem項(xiàng)目（641023）中以及德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部BMWi在PoTaSi項(xiàng)目（FKZ 0324247）中也為這項(xiàng)工作提供了支持。