三五族半导体太阳能转换效率高,最高效率已突破43.5%,而现在美国科学家又刷新记录,新型太阳能电池效率逼近50%大关,已达到47.1%。
其中三五族半导体太阳能之所以会有如此高的成就,主要是因为三族的铝、镓、铟及五族的氮、磷、砷等元素都具有优异的光电转换特性以及电子传输特性,为LED、光电产业与通信技术重要半导体材料,NASA早在1950年代就将该技术用在火星探测,但由于成本较为高昂,应用范围无法像晶体硅太阳能般广泛。
这次美国国家再生能源(NREL)团队研制出太阳能技术也是三五族半导体,而且是“六接面(six-junction)”三五族半导体太阳能。
所谓六接面,就是拥有六层光敏层(Photoactive layer),根据新闻稿,每一层也是由多层三五族半导体构成,可吸收不同光谱范围的光线,最后科学家再把140层的三五半导体集成进厚度是头发三分之一的太阳能电池中,最终在强光下,转换效率高达47.1%。
不过团队在实验所采用的光强度是日光的143倍,若采用一般日光,转换效率会降至39.2%,虽然惊艳程度降低许多,但转换效率也是一般晶体硅太阳能难以企及,且这种电池也能应用在另一种光电技术,NREL三五族多接面科学家Ryan France表示,它非常适合用在聚光型太阳光电(Concentrated Photovoltaics,CPV)。
聚光型太阳光电可说是集太阳光电与聚光太阳热发电优点于一身的新一代技术,运用透镜或曲面镜将阳光聚焦到底下的多接面太阳能电池上,先前欧洲研究协会CPVMatch成功将转换效率突破至41.4%。France也指出,若想要降低发电成本,其中一个解决方案便是减少面积,我们可以运用镜子捕获并聚焦光线,这样就可以减少半导体材料量、同时还可以提高转换效率。
这让太阳能转换效率有机会进一步突破50%大关,加速三五族太阳能的发展,NREL高效率晶体硅太阳光电团队首席科学家John Geisz表示,不过在此之前要先解决电池内部的电阻障碍,这会阻电流电流,同时如何降低三五族太阳能的成本,也是开辟新市场的重点。
(首图为示意图,来源:Flickr/haru__qCC BY-SA 2.0)