美国海军研究实验室多接面太阳能电池能量转化效率研究取得重大突破(图)

2013年01月18日18:39 | 我来说两句(人参与) | 保存到博客
美国海军研究实验室多接面太阳能电池能量转化效率研究取得重大突破(图)

  [据美国海军研究实验室网站2013年1月14日报道]美国海军研究实验室(NRL)电子技术和科学分部的科研人员,与来自伦敦帝国学院、微链设备公司(MicroLink Devices)和奈尔斯公司(Niles)的工程人员合作,联合提出了一种新型三接面太阳能电池,这种电池的能量转化效率有望超过50%,这也是目前多接面光伏电池研究工作的目标,而目前世界上三接面太阳能电池的最高能量转化效率是44%。

  在多接面(multi-junction, MJ)太阳能电池中,为提高能量转化效率,每个接面被调制成只接收太阳光谱中特定波长频段的光。高能带隙半导体材料被用于吸收短波长辐射,更长波长的辐射则由后续半导体材料吸收。理论上,拥有无穷多个接面的太阳能电池,其最大能量转化效率可达到87%。太阳能电池研发的目标是研发出一种半导体材料系统,该材料系统可吸收较宽范围的能带隙,并且拥有较高的晶体质量。

  通过研发新型半导体材料,并应用能带结构工程,同时结合应变平衡量子阱技术,海军研究实验室设计出了一种多接面太阳能电池,该电池以晶格匹配的磷化铟(InP)作为基底,可实现0.7电子伏特~1.8电子伏特的能带隙。而在这之前,传统三元合金半导体材料的能带隙都不超过1.4电子伏特。

  海军研究实验室这项新设计之所以能够提高能量转化效率,其主要原因是使用了可生长在磷化铟基底上的铟铝砷锑(InAlAsSb)四元合金作为高能带隙层。海军研究实验室曾研发出基于锑的复合材料用于探测器和激光等方面应用,此次海军研究实验室研究人员对铟铝砷锑的能带结构进行建模,结果显示该材料具备达到1.8电子伏特能带隙的潜能。基于此结果,海军研究实验室建立起了一种包含辐射和非辐射的复合模型,利用该模型,研究人员提出了一种太阳能电池设计方案,其能量转化效率将有可能超过50%。

  近期,美国能源部、高级研究计划局能源(ARPA-E)项目授出一份为期3年的合同,海军研究实验室将与微链设备公司、罗彻斯特理工学院联合完成该材料与设备研发项目,以实现这项全新的太阳能电池技术。(中国船舶工业综合技术经济研究院 宋磊)
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