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太阳能电池性能获得提高!

太阳能电池性能获得提高!

来源:
2021/12/20 09:37
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【摘要】:

  众所周知,太阳能是光能的主要来源。硅板可以将光转化为电,传统的串联太阳能锂电池通过吸收额外波长的光,可以更有效地做到这一点。

  不仅如此,研究人员已经意识到,使用双串联配置,它是利用传统的硅基和另一层由过氧化物制成的 "串联 "组合的新系统,可以收集更多的能量,还可以捕捉许多浪费的、来自地面的反射和散射的光(称为 "反照率"),以显著提高串联太阳能电池的电流。

  2021年1月11日,国际合作组织,包括阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)和U.T工程学院的研究人员)在《自然能源》杂志上发表了一篇名为《基于带隙工程的高效过氧化物/双单晶硅太阳能电池》(EfficientbifacialmonolithicperovskitePaper/Silicontandemsolarcellsviabandgapineering)的文章。

  该论文概述了该团队设计过氧化物/硅器件的整个过程,以超过目前公认的串联配置的性能极限。

  团队成员共同完成了这项研究。其中,MicheleDeBastiani博士提出了研究设想,并与alessandro j. Mirabelli一起制造了该装置。

  多伦多大学电子和计算机工程博士后YiHou、BinChen和AnandS.Subbiah开发了过氧化物带隙,而ErkanAydin和FurkanH.Isikgor开发了串联顶部接触和布局。

  这项研究的结论是,双面单片过氧化物/硅串联太阳能电池利用环境中的漫射光反照率,比单面过氧化物/硅串联太阳能电池的性能更好。研究小组首先报告了户外测试的结果,在单一AM1.5g阳光下,双面串联的认证电力转换效率超过25%,发电密度高达26 mwcm-2。

  同时,研究人员研究了在各种真实光照和反照率条件下最佳电流匹配所需的过氧化物带隙,比较了这些暴露在不同反照率下的双面柱的特性,并提供了在两个具有不同环境条件的地点的能量生产计算结果。

  最后,该团队比较了具有单面和双面过氧化物酶/硅串的户外测试地点,以证明串联双性对具有实际相关反照率的地点的附加价值。

  新串联太阳能电池的主体由一个硅层和一个过氧化物层组成。同时,它们与许多其他化合物相结合。StefaanDeWolf教授说。"主要的挑战是串联装置的复杂性。涉及到14种材料,每一种材料都必须进行完美的优化以考虑到反照率的影响。"

  该研究的共同主要作者MicheleDeBastiani博士说。"通过使用反照率,我们现在可以产生比传统双极膜高得多的电流,而制造成本完全没有增加。"该研究的作者包括多伦多大学电气和计算机工程系教授TedSargent和博士后研究员YiHou。

  过去曾对捕捉间接阳光的潜力进行过研究,但没有进行过实验测试。除了工程和技术大学,阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的研究人员还与卡尔斯鲁厄理工学院和博洛尼亚大学的合作者合作,解决将间接阳光纳入其模块的能量收集能力所需的科学和工程挑战。

  然后,在户外条件下,他们测试了双面串联太阳能电池,并取得了超越任何商业硅太阳能电池板的效率。

  "单独的双面硅太阳能电池正在迅速增加其在PHOTOVOLTAIC市场的份额,因为它们可以提供20%的相对性能改进。在过氧化物/硅烷中使用这种方法可以比传统的硅太阳能电池更有效,并且可以降低原材料的成本。"StefaanDeWolf教授总结道。DeWolf和他的同事与加拿大、德国和意大利的团队合作开发了这项技术。

  在论文的结论中,研究人员通过实验证明了如何利用双面特性来提高整个过氧化物/硅结构的性能。由于使用了狭窄的过氧化物带隙,具有透明背电极的设备结构依靠反照率来提高底部电池的电流生成,同时提高顶部过氧化物电池的电流生成。

  这种匹配是针对1.59-1.62 eV带隙的过氧化物实现的,与单面过氧化物/硅系列相比,其中的溴含量是最小的,因此大大减少了与卤化物偏析有关的稳定性问题。该团队在现场试验中评估了双面串联结构的性能,预测了双面和单面串联结构在不同气候条件下的能量产出。

  在这两种情况下,串联都优于单面结构,这表明了这项技术的前景。这项工作表明了一类新的高效太阳能电池的潜力,它可以使用高性能但价格低廉的技术来缩小与30mwcm-2PGD障碍的差距。

  从这里开始,进一步提高设备性能和扩大技术规模是使该技术更接近光伏市场的下一个逻辑步骤。

  瑞士洛桑联邦理工学院光伏实验室主任ChristopheBallif教授没有参与这项研究。他表示。"这篇论文为双面串联设备提供了第一个明确的实验证据。研究人员报告的对性能的定量分析对于建立该技术进入大众市场所需的稳定设备非常重要。"

 

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