新的世界纪录：下一代串联太阳能电池的转换效率接近30%

由Christiane Becker、Bernd Stannowski和Steve Albrecht教授领导的HZB三个团队共同设法将完全在HZB制造的过氧化物硅串联太阳能电池的效率提高到29.80%的新纪录。该值现已被正式认证，并被记录在NREL图表中。这使得30%的目标近在咫尺。

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今天的太阳能电池组件主要由硅制成，进一步提高效率的可能性已被广泛利用。但自2008年以来，"金属卤化物过氧化物"这一材料类别已成为研究的重点：这些半导体化合物能很好地将太阳光转化为电能，而且仍有很大的改进空间。特别是，它们可以与硅太阳能电池结合成串联太阳能电池，更有效地利用太阳光。

HZB几个小组自2015年以来一直在密集地研究过氧化物半导体和硅技术，以及将两者结合成创新的串联太阳能电池。2020年1月，HZB已经实现了过氧化物硅串联太阳能电池的29.15%的记录，并在《科学》杂志上发表了这项工作。然后，在2020年圣诞节前，牛津光伏公司能够宣布29.52%的认证效率。从那时起，创造新纪录的激动人心的竞赛一直在进行。在HZB的HySPRINT实验室从事过氧化物薄膜研究的Steve Albrecht解释说："30%的效率就像是这种迷人的新技术的一个心理门槛，它可能在不久的将来彻底改变光伏产业。"硅技术组组长Bernd Stannowski补充说。"我想特别强调HZB的不同小组和研究所之间的良好合作。这就是为什么我们能够完全在HZB开发这些新的串联太阳能电池并再次获得世界纪录的原因。"

过氧化物硅串联电池是基于两项创新。一个纳米纹理的正面（左）和一个带有电介质反射器的背面（右）。

最近的研发重点是硅异质结底部电池的光学改进。增加了一个纳米纹理的正面和一个电介质的背面反射器。现在得到了弗劳恩霍夫ISE CalLab的正式确认。新型过氧化物硅串联太阳能电池获得了独立认证，效率拿下了29.80%的世界纪录。

在这项新工作中，Philipp Tockhorn博士（Albrecht小组）和博士生Johannes Sutter（Becker小组）研究了不同界面的纳米结构如何影响串联太阳能电池的性能，串联太阳能电池由硅太阳能电池上的过氧化物太阳能电池组成。首先，他们用计算机模拟计算了有和没有纳米结构的不同几何形状的过氧化物和硅子电池的光电流密度。然后他们生产了具有不同纹理的过氧化物硅串联太阳能电池。即使是一侧的纳米纹理也能改善光的吸收，与平坦的参照物相比，能够实现更高的光电流。而纳米纹理还让串联太阳能电池的电子质量略有改善，并使过氧化物层的成膜效果更好。

研究团队对串联太阳能电池的背面也进行了改进，该电池旨在将红外光反射到硅吸收器中。通过使用电介质反射器，能够更有效地利用这部分太阳光，从而产生更高的光电流。

这些结果为进一步改进铺平了道路。模拟结果表明，通过对两侧的吸收层进行纳米结构化，可以进一步提高性能。研究人员相信，很快就可以实现远超过30%的效率。

比赛依然正在进行。

关键词： 科学探索 新的世界纪录：下一代串联太阳能电池的转换效率