新技术降低了高效太阳能电池的成本

圣彼得堡的科学家提出了一种技术，用于制造基于集成在硅基板上的A3B5半导体的高效太阳能电池，这可能使现有光伏转换器的效率提高1.5倍。

一组圣彼得堡科学家已经提出并通过实验测试了用于制造基于集成在硅基板上的A3B5半导体的高效太阳能电池的技术，该技术将来可能会将现有的单结光伏转换器的效率提高1.5倍时代。该技术的发展是由诺贝尔奖获得者Zhores Alferov预测的。研究结果已发表在《太阳能材料和太阳能电池》杂志上。

如今，随着碳氢燃料储备的迅速耗尽和对环境问题的日益关注，科学家越来越关注所谓的“绿色技术”的发展。在该领域中最受欢迎的主题之一是太阳能技术的发展。

但是，许多因素阻碍了太阳能电池板的广泛使用。常规的硅太阳能电池效率相对较低-不到20％。更有效的技术需要更复杂的半导体技术，这大大提高了太阳能电池的价格。

圣彼得堡的科学家已经提出了解决这个问题的方案。来自ITMO大学，圣彼得堡学术大学和Ioffe研究所的研究人员表明，可以在便宜的硅基板上生长A3B5结构，从而降低了多结太阳能电池的价格。

“我们的工作重点是开发基于集成在硅基板上的A3B5材料的高效太阳能电池，” ITMO大学研究员，学术大学实验室负责人，该研究的合著者Ivan Mukhin说道。硅衬底上外延合成的主要困难在于，沉积的半导体必须具有与硅相同的晶格参数。粗略地说，这种材料的原子彼此之间的距离应该与硅原子之间的距离相同。不幸的是，很少有半导体能够满足这一要求-例如磷化镓（GaP）。但是，由于其吸收太阳光的性能较差，因此不太适合制造太阳能电池。但是，如果我们采用GaP并添加氮（N），则会获得GaPN的溶液。即使在低N浓度下，这种材料也具有直接带性能，并且在吸收光方面表现出色，并且具有集成到硅衬底上的能力。同时，硅不仅用作光伏层的建筑材料，它本身还可以充当太阳能电池的光敏层之一，吸收红外范围内的光。Zhores Alferov是最早提出将ASB5结构与硅结合的想法的人之一。

在实验室工作时，科学家们能够获得集成在硅基板上的太阳能电池的顶层。随着光敏层数量的增加，随着每一层吸收其一部分太阳光谱，太阳能电池的效率也随之提高。

到目前为止，研究人员已经开发出了第一个基于硅基板上的A3B5的小型太阳能电池原型。现在，他们正在开发由几个光敏层组成的太阳能电池。这样的太阳能电池将在吸收日光和发电方面更加有效。

“我们已经学会了发展最顶层。该材料系统还可以潜在地用于中间层。如果添加砷，则会得到四价GaPNAs合金，并从中获得在太阳光谱不同部分工作的多个结，这些结可在硅基板上生长。正如我们先前的工作所证明的那样，这种太阳能电池在光集中时的潜在效率可以超过40％，是现代硅技术的1.5倍。” Ivan Mukhin总结道。

参考文献：Liliia N.Dvoretckaia，Alexey D.Bolshakov，Alexey M.Mozharov，Maxim S.Sobolev，Demid A.Kirilenko，Artem I.Baranov，Vladimir Mikhailovskii，Vladimir V.撰写的“在Si衬底上集成的GaNP基光伏器件” Neplokh，Ivan A.Morozov，Vladimir V.Fedorov，Ivan S.Mukhin，2019年12月25日，太阳能材料和太阳能电池.DOI：
10.1016 / j.solmat.2019.110282