新材料可大幅提高太阳能电池板的效率

新材料可大幅提高太阳能电池板的效率美国利哈伊大学的一个研究小组创造了一种材料，它可以大大提高太阳能电池板的效率。使用这种材料作为太阳能电池活性层的原型显示出80%的平均光电吸收率、很高的光激发载流子生成率以及前所未有的高达190%的外部量子效率(EQE)--这远远超过了硅基材料的肖克利-奎塞尔理论效率极限，并将光伏量子材料领域推向了新的高度。ChindeuEkuma。资料来源：利哈伊大学物理学教授ChineduEkuma在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上发表了他与利哈伊大学博士生SrihariKastuar合作开发这种材料的论文。先进的材料特性这种材料的效率飞跃主要归功于其独特的"中间带态"，即材料电子结构中的特定能级，使其成为太阳能转换的理想选择。这些态的能级在最佳子带间隙内，即材料能有效吸收阳光并产生电荷载流子的能量范围，约为0.78和1.26电子伏特。此外，这种材料在电磁波谱的红外线和可见光区域的高吸收率表现尤为出色。以CuxGeSe/SnS为活性层的薄膜太阳能电池示意图。资料来源：Ekuma实验室/利哈伊大学在传统太阳能电池中，最大EQE为100%，即每吸收一个太阳光光子，就能产生和收集一个电子。然而，过去几年中开发的一些先进材料和配置已证明能够从高能光子中产生和收集一个以上的电子，即EQE超过100%。斯里哈里-卡斯图阿尔，利哈伊大学。资料来源：利哈伊大学虽然这种多重激子生成（MEG）材料尚未广泛商业化，但它们有可能大大提高太阳能发电系统的效率。在Lehigh开发的材料中，中间带态能够捕获传统太阳能电池通过反射和产热等方式损失的光子能量。材料开发与潜力研究人员利用"范德华间隙"（层状二维材料之间的原子级微小间隙）开发出了这种新型材料。这些间隙可以限制分子或离子，材料科学家通常利用它们来插入或"插层"其他元素，以调整材料特性。为了开发新型材料，利哈伊大学的研究人员在硒化锗（GeSe）和硫化锡（SnS）制成的二维材料层之间插入了零价铜原子。Ekuma是计算凝聚态物理方面的专家，在对该系统进行了大量计算机建模并证明其理论前景后，他开发了这一原型作为概念验证。他说："其快速反应和更高的效率有力地表明了铜掺杂GeSe/SnS作为一种量子材料在先进光伏应用中的使用潜力，为提高太阳能转换效率提供了一条途径。这是开发新一代高效太阳能电池的理想候选材料，将在满足全球能源需求方面发挥至关重要的作用。"虽然将新设计的量子材料整合到当前的太阳能系统中还需要进一步的研究和开发，但埃库马指出，用于制造这些材料的实验技术已经非常先进。随着时间的推移，科学家们已经掌握了将原子、离子和分子精确插入材料的方法。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427195.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427195.htm

33.9%！隆基绿能太阳能电池转换效率刷新世界纪录

33.9%！隆基绿能太阳能电池转换效率刷新世界纪录隆基绿能中央研究院技术专家刘江介绍，在原有的晶硅太阳能电池上面叠加一层宽带隙的钙钛矿材料，它的理论极限效率可以进一步达到43%。光电转换效率是评价光伏技术潜力的核心指标，简单来说，就是让同样面积、吸收同样的光的太阳能电池发出更多的电。以2022年全球新增光伏装机240GW计算，即便是效率提升0.01%，每年就可多发1.4亿度电。中国光伏行业协会副秘书长江华表示，一旦这种高效率的电池技术真正实现量产，将促进光伏发电成本大幅度下降，对于推动我国乃至全球光伏市场的增长都是极大利好。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1394559.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1394559.htm

新型铜铟镓硒太阳能电池能效创纪录 转换效率高达23.64%

新型铜铟镓硒太阳能电池能效创纪录转换效率高达23.64%最新CIGS太阳能电池结构的电子显微镜分析。图片来源：《自然·能源》网站国际能源署数据显示，太阳能电池的部署量在全球范围内迅速增长，2022年太阳能发电量占全球电力超过6%。晶硅是太阳能电池中使用最广泛的材料，目前由晶硅制成太阳能电池最多可将逾22%的阳光转化为电力，这种太阳能电池成本低廉且性能比较稳定。研究人员希望以合理的生产成本获得30%以上的光电转换效率，由此开始关注CIGS等更高效的串联太阳能电池。但串联太阳能电池成本太高，迄今无法大规模生产和部署。薄膜太阳能电池中活性层的横截面，总厚度不超过3微米。利用隆德MAXIV设施测量的纳米XRF，可以高精度地测量太阳能电池中基体元素和微量元素（本例中为铷）的浓度。资料来源：MarikaEdoff最新研制出的CIGS太阳能电池包含一块玻璃板，玻璃板上覆盖了几个不同的层，每个层都具有特定功能。吸收阳光的材料由铜、铟、镓和硒化物组成，并添加了银和钠。材料被置于太阳能电池内，位于金属钼和透明的玻璃板之间。为使太阳能电池在分离电子方面尽可能高效，研究团队用氟化铷处理了CIGS层。研究人员表示，钠和铷这两种碱金属之间的平衡，以及CIGS层的组成是提高转换效率的关键。CIGS太阳能电池能效此前的世界纪录是23.35%，由日本SolarFrontier公司创造，再之前是德国巴登符腾堡太阳能和氢能源研究中心创下的纪录22.9%。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421703.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421703.htm

蔚山科学技术院研发的量子点太阳能电池再次打破转化效率纪录

蔚山科学技术院研发的量子点太阳能电池再次打破转化效率纪录不过，它们最终可能在太阳能电池中发挥最大作用。大多数商用太阳能电池都是用大块材料作为光收集层，这意味着整个表面吸收相同的波长。但量子点可以有多种尺寸，分别聚焦于光谱的不同部分，从而提高潜在效率。另外，量子点的成本低廉，易于制造，甚至可以制成喷雾溶液。在这项新研究中，蔚山科学技术院（UNIST）的研究人员对配方进行了一些调整，以改进技术。用有机材料制成的量子点太阳能电池理论效率最高，但不幸的是，它们存在缺陷，在阳光和天气条件下稳定性较差，这对于设计成全天暴露在阳光下的设备来说并不理想。为了解决这个问题，这些太阳能电池通常用无机材料代替，但这也限制了它们的效率。UNIST团队用有机过氧化物制成量子点，并开发出一种将量子点锚定在基底上的新方法，从而使量子点能够更紧密地靠在一起。这将效率从2020年的16.6%提高到了创纪录的18.1%。美国国家可再生能源实验室（NREL）对这一记录给予了独立认可。更妙的是，新型太阳能电池的稳定性要好得多。在正常条件下，它们可以保持1200小时的满血运行，而在80°C（176°F）的高温条件下，它们可以保持300小时的效率。存放两年后，它们的性能也同样出色。量子点太阳能电池要赶上日常使用的硅太阳能电池还有很长的路要走，针对后者的研发已经领先了半个世纪，且正在迅速接近其理论最高效率。与此同时，量子点从2010年左右才真正进入实验室，当时的效率还不到4%。在提高效率的同时，廉价和简单的制造工艺有助于扩大技术规模，制造出更广泛的光伏表面。这项研究发表在《自然-能源》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415321.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415321.htm

突破极限：串联太阳能电池转化效率超过20%

突破极限：串联太阳能电池转化效率超过20%这项研究发表在2024年3月4日出版的《能源材料与器件》杂志上。光伏技术是一种利用太阳光并将其转化为电能的技术，因其提供清洁的可再生能源而广受欢迎。科学家们不断努力提高太阳能电池的功率转换效率，即效率的衡量标准。传统单结太阳能电池的功率转换效率已超过20%。要使单结太阳能电池的功率转换效率达到肖克利-奎塞尔极限以上，需要更高的成本。然而，通过制造串联太阳能电池，可以克服单结太阳能电池的肖克利-奎塞尔极限。利用串联太阳能电池，研究人员可以通过将太阳能电池材料堆叠在一起获得更高的能源效率。研究小组利用一种名为硒化锑的半导体，致力于制造串联太阳能电池。过去对硒化锑的研究主要集中在单结太阳能电池的应用上。但研究小组知道，从带隙的角度来看，这种半导体可能被证明是串联太阳能电池的合适底部电池材料。"硒化锑是一种适用于串联太阳能电池的底部电池材料。然而，由于使用硒化锑作为底部电池的串联太阳能电池的报道很少，因此人们很少关注它的应用。"中国科学技术大学材料科学与工程学院教授陈涛说："我们用它作为底部电池组装了一个具有高转换效率的串联太阳能电池，证明了这种材料的潜力。与使用单层半导体材料的单结太阳能电池相比，串联太阳能电池吸收阳光的能力更强。串联太阳能电池能将更多的太阳光转化为电能，因此比单结太阳能电池更节能。"演示概念验证串联太阳能电池，该电池由硒化锑和宽带隙过磷酸钙作为底部和顶部子电池吸收材料组成。通过优化顶部电池的透明电极和底部电池的制备工艺，该装置实现了超过20%的功率转换效率。来源：《能源材料与器件》，清华大学出版社研究小组制作了具有透明导电电极的过氧化物/硒化锑串联太阳能电池，以优化光谱响应。他们通过调整顶部电池透明电极层的厚度，获得了超过17%的高效率。他们通过引入双电子传输层，优化了硒化锑底部电池，实现了7.58%的功率转换效率。当他们用机械方法将顶部和底部电池组装成四端串联太阳能电池时，功率转换效率超过了20.58%，高于独立子电池的功率转换效率。他们的串联太阳能电池具有出色的稳定性和无毒成分。陈说："这项工作提供了一种新的串联器件结构，并证明硒化锑是一种很有前景的吸收材料，可用于串联太阳能电池的底部电池应用。"展望未来，研究小组希望努力开发集成度更高的双端串联太阳能电池，并进一步提高器件性能。"硒化锑的高稳定性为制备两端串联太阳能电池提供了极大的便利，这意味着它在与多种不同类型的顶层电池材料搭配时可能会取得良好的效果。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433485.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433485.htm

最热门第三代光伏电池获大突破 新设计可大幅提升光子吸收效率

最热门第三代光伏电池获大突破新设计可大幅提升光子吸收效率众所周知，太阳能电池是利用太阳能的最有效和最直接的方式。这类电池已经从晶体硅太阳能和薄膜太阳能电池发展到第三代新型太阳能电池。而IBSC因其具有最高的理论转化效率（63.2%）备受科学家们的广泛关注，是第三代太阳能电池中最为热门的一种。据了解，IBSC的主要原理为在吸收材料的主带隙中插入中间带以实现三光子吸收过程，其特点是既可吸收可见光区的高能光子，也可吸收红外区的低能光子，从而提升光转换效率、超过单带隙太阳能电池的Shockley-Queisser极限——具有单个p-n结的太阳能电池可以达到的最大理论效率。科学家们说，过去的研究已经开发了在低温下使用量子阱超晶格（QWSL）的QR-IBSC设备。而在这种电池结构的基础上，全新设计又增加了“棘轮带”（RB）状态的寿命（与存储光电子的时间长度有关），并使电池在室温下工作成为可能。来自英国帝国理工学院和澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）的科学家们开发了这种新型IBSC，他们的最新研究成果已于近期发表在了“RRLSolar”杂志上。他们说，新设计代表了IBSCs领域的重大进展。根据研究人员的说法，新设计的RB状态寿命比其他同类电池提高了7个数量级。在提议的电池配置中，他们在QWSL的最终量子阱和由铝、镓和砷化物（Al0.3Ga0.7As）组成的宽层之间插入额外的2纳米厚的砷化铝（AlAs）薄膜，作为传导带（CB）。未来，研究人员们将把精力放在开发下一代的设备上，使其带隙更好地匹配太阳光谱，进一步提高光子捕获效率。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348081.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348081.htm