法国国家科学研究中心的一组科学家进行了一项研究,以评估基于晶体硅,砷化镓(GaAs)和硒化铜铟镓(CIGS)的超薄太阳能电池的潜力和局限性。

 

在最近发表在《自然能源》上的“超薄太阳能电池的进展和前景”中,科学家声称生产太阳能电池的厚度至少要比商业太阳能电池薄十倍,这将便宜得多,因为所需材料的数量明显减少。与较薄的细胞层相关的沉积时间的下降也将导致更高的生产通量和更低的投资成本。

 

研究人员斯蒂芬·科林(Stephan Collin)表示:“我们认为未来超薄太阳能电池的应用将不受限制。一旦克服了技术难题,它们可能会提供成本优势和节省材料而没有缺点。”

 

当前,太阳能电池使用的材料太多,但是一旦全面开发和工业化,超薄太阳能电池可能具有相同的性能。

 

Collin 说:“对于晶体硅,趋势是减小太阳能电池的厚度,这项研究将刺激这种趋势。我们可能会期望硅太阳能电池在几年内变薄到大约 50 μm,但是要变薄则需要在制造过程中进行大幅度的改变。”

 

该研究小组表示,目前在开发此类电池中使用的光学方法还不够,因为过多地降低吸收体材料的厚度可能会损害太阳能电池的整体结构。

 

该小组说:“总体而言,载流子光生和收集的问题是紧密联系在一起的,吸收剂的薄化进一步限制了选择性接触和钝化层的实现。”

 

用于增强晶体电池的光吸收的策略更为复杂。科学家表示可以通过“将自底向上的生长方法和可扩展的图案化技术应用于处理 10μm 厚的硅电池以达到 15%以上的效率”来实现工业上可行的超薄太阳能电池。

 

 

以砷化镓为基础的超薄电池被认为是探索新型捕光策略的模型设备,可应用于其他材料。

 

Collin 说:“对于 III-V 而言,超薄太阳能电池由于具有更长的使用寿命而在太空应用中具有明显的优势,因此我们预计将朝着这个方向大力努力,并有望在中期应用。”

 

第一种商业产品可能是 CIGS 和碲化镉(CdTe)电池。

 

Collin 补充说:“这些技术可以从厚度减少中受益,而无需在电池结构或制造工艺上进行大的改变。”

 

主要的技术挑战是开发一种能够保持高 CIGS 沉积温度约 500℃,同时提供高光反射率并与 CIGS 形成欧姆接触且表面重组率低的背接触。

 

研究人员补充说,多结超薄电池也有可能成为一种有前途的应用,但在整体宽带光谱上的高效捕获光以及亚电池之间的电流匹配方面仍然存在问题。然而,科林相信超薄太阳能电池可以用于建筑综合光伏(BIPV)。