如今太阳能已经是颇具竞争力的发电来源,不过如果能改良现有技术、进一步提高转换效率,何乐而不为,最近德国科学家以纳米结构结合截然不同太阳能电池设计,制造出转换效率有机会高达26%的太阳能电池。
近年来为了提高太阳能转换效率与性能,不少科学家与厂商纷纷关注钙钛矿太阳能电池等新兴材料,其发展也符合期待,最高转换效率已经达到25%以上,待解决耐用性、寿命等挑战将有一番作为。
不过持续深根现有的晶体硅太阳能技术的科学家也不少,目前市面上已经可以买到转换效率达23%的模块,若能再提高转换效率,将能再次降低太阳能成本。
太阳能板的能量损失包含能量低于晶体硅能隙(1.12 eV)的非吸收损耗、高于晶体硅能隙的热损失以及内部缺陷、接触产生的复合问题等,而“钝化技术”对提高太阳能转换效率、开路电压有很大的影响,可以增大表面能隙、增加入射光,或是增强表面原子键结稳定度提高耐用性等,常见技术好比钝化发射极触点电池(PERC)技术。
现在德国亥姆霍兹联合会于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)带来不一样的太阳能电池结构,由下至上分别为晶体硅、二氧化硅、钝化碳化硅与导电碳化硅、透明导电氧化物氧化铟锡(ITO),最上面则是完全透明的钝化接触层(Transparent Passivating Contact,TPC)。
于利希团队的做法是先在二氧化硅层上沉积双层的金字塔型碳化硅纳米晶体,再以化学气相沉积(CVD)和溅镀法两种湿法化学工艺研制出透明氧化铟锡层。于利希能源与气候研究所(IEK-5)博士兼论文第一作者Malte Köhler表示,团队研发的纳米结构恰好满足太阳能电池所需的钝化技术,且超薄的TPC层是透明的,几乎不会影响入射光,也同时具备高电导率。
目前第一个电池原型表现也不错,转换效率为23.99%(±0.29%),也获得德国哈梅恩太阳能研究所(ISFH)独立实验室的认证,模拟实验更表示,通过TPC技术转换效率可以超过26%。
晶体硅太阳能电池在过去几十年来进展稳定,为太阳能产业中发展最成熟的技术,未来需要持续突破不然将会被新的太阳能技术取代。团队指导教授Kaining Ding也表示,过去没有任何一个方法可将钝化、透明、导电三种要素揉合在一个设计中,团队还采用能快速集成量产的制程方法。
(图片来源:于利希)