硅类多结太阳能电池转换效率达到30.2% 刷新世界纪录

德国弗劳恩霍夫研究机构11月9日宣布，该机构的太阳能系统研究所(Solar Energy Systems ISE)与奥地利意唯奇集团公司(EV Group，EVG)合作，利用硅(Si)基板成功生产了转换效率高达30.2%的多结太阳能电池。

弗劳恩霍夫ISE等试制、转换效率达30.2%的Ⅲ-V族半导体与硅多结太阳能电池(出处：Fraunhofer ISE/A.Wekkeli)

这一是德国弗劳恩霍夫研究机构与ISE研究所(FraunhoferISECalLab)，对4cm²面积的太阳能电池测得的转换效率结果。

该结果高于以前测量的纯硅类太阳能电池的转换效率纪录26.3%和理论转换效率29.4%，刷新了该类别的世界纪录。

发布称，研究小组在此次成果中，采用了在电子产业广为人知的“晶圆直接键合(direct wafer bonding)”技术，将Ⅲ-V族半导体材料嵌入硅中2～3μm。

具体为，激活等离子体之后，将太阳能电池单元材料在真空中加压键合。Ⅲ-V族半导体材料表面的原子与硅原子形成键，可制成单片元件。

发布称，此次实现的转换效率，是完全整合的此种硅类多结太阳能电池的首项成果。

Ⅲ-V族半导体与硅的多结太阳能电池，由各太阳能电池单元材料相互重叠构成。即“隧道二极管”将镓铟磷(GaInP)、砷化镓(GaAs)、硅三个材料层进行内部连接，以覆盖太阳光谱的吸收范围。

最上面的GaInP层吸收300～670nm波长、中间的GaAs层吸收500～890nm波长、最下层的硅吸收650～1180nm波长的太阳光，并将其转换为电力。Ⅲ-V族半导体层是在GaAs基板上外延析出形成，与硅基板接合。

虽然从外观无法了解内部结构的复杂性，但据称作为太阳能电池单元与以往的硅类产品相同。就是说，由于是前面与后面都有接点的简单结构，因此可以制造成太阳能电池板。

但称，外延析出和半导体与硅的连接成本的降低，是作为太阳能电池板实用化的课题。弗劳恩霍夫研究机构的研究小组打算在今后研究解决这一课题。

目前，弗劳恩霍夫ISE正在弗里堡建设“高效率太阳能电池中心(Center for High Efficiency Solar Cells)”，据称将成为使用Ⅲ-V族半导体与硅的新一代太阳能电池技术的开发基地。