■Fraunhofer ISE研究團隊使用基于砷化鎵的新型薄膜光伏電池在單色激光下實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的 68.9%轉(zhuǎn)換效率（來源：Henning Helmers）

目前，太陽能電池設(shè)備普遍安裝在屋頂和開放空間。近日，來自德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所（Fraunhofer ISE）的研究人員，在第48屆IEEE光伏專家會議上宣布了其最新的研究成果。該研究團隊通過激光技術(shù)，成功將光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率提升至68.9%，這一紀錄也打破了先前的任何數(shù)據(jù)。

研究人員的這項發(fā)現(xiàn)，將為生產(chǎn)高效光伏電池提供了技術(shù)支持。在專家會議上，研究團隊展示所使用的單色激光工藝技術(shù)。項目研發(fā)過程中，研究團隊使用了砷化鎵制成的非常薄的光伏電池，并在其背面裝載了高反射率導(dǎo)電鏡。

光伏電池的作用是將光能轉(zhuǎn)化為電能。入射光在由砷化鎵半導(dǎo)體材料制成的電池結(jié)構(gòu)中被吸收，吸收的光使正負電荷釋放，然后傳導(dǎo)到前后電池觸點從而產(chǎn)生電能。當(dāng)入射光的能量略高于半導(dǎo)體材料的固有帶隙能量時“光伏效應(yīng)”就發(fā)揮作用了。因此，當(dāng)作為光源的單色激光器與合適的半導(dǎo)體化合物材料相結(jié)合時，理論上是可以產(chǎn)生非常高的光電轉(zhuǎn)換效率。

在這種稱為光能的新型能量傳輸中，激光能量通過空氣或光纖傳輸?shù)焦夥姵兀涮匦耘c單色激光的功率和波長相匹配。與傳統(tǒng)的銅線電力傳輸相比，光伏系統(tǒng)供電尤其適用于需要電隔離電源、防雷或防爆、電磁兼容性或完全無線電力傳輸應(yīng)用等場景。

■Henning Helmers博士

Fraunhofer ISE研究人員借助858nm激光器照射，使基于砷化鎵的III-V族半導(dǎo)體光伏電池實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的68.9%轉(zhuǎn)換效率。這也是迄今為止光伏電池的最高轉(zhuǎn)換效率。這一成功得益于特殊薄膜技術(shù)，其中光伏電池層首先在砷化鎵基板上生長，然后被移除。

“這種薄膜方法在效率方面有兩個明顯的優(yōu)勢，”Fraunhofer ISE研究團隊負責(zé)人、物理學(xué)家 Henning Helmers博士解釋說，“首先，光子被‘困’在電池中，對于靠近帶隙的光子能量實現(xiàn)了最大化吸收，同時也最大限度減少了熱化和傳輸損失，使電池更高效。其次，電池內(nèi)部通過輻射復(fù)合產(chǎn)生的額外光子，也被捕獲并有效回收。這樣就延長了有效載流子壽命，從而額外增加了電壓。”

期間，研究團隊還對比研究了背面反射器由金制成以及陶瓷和銀的光學(xué)優(yōu)化組合的的薄膜光伏電池，后者顯示了更好的結(jié)果。此外，研究團隊還開發(fā)了n-GaAs/p-AlGaAs異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為吸收體，由于復(fù)合作用顯示出極低的電荷載流子損失。

Fraunhofer ISE研究所所長Andreas Bett教授表示：“這是一個令人印象深刻的結(jié)果，顯示了光伏電池用作太陽能發(fā)電以外的工業(yè)應(yīng)用前景。光電傳輸具有多種應(yīng)用，例如風(fēng)力渦輪機的結(jié)構(gòu)監(jiān)測；高壓線、飛機油箱中的燃料傳感器或無源光網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控；來自體外的植入物的光供應(yīng)；或用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的無線電源，未來也將大有可為。