法國(guó)研究超薄太陽(yáng)能電池的潛力和局限性，未來應(yīng)用將不受限制

法國(guó)的一項(xiàng)新研究強(qiáng)調(diào)了超薄光伏電池的潛力，但商業(yè)化生產(chǎn)的道路將充滿挑戰(zhàn)。研究人員提出了一系列整合光子和電子元素的新型細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心的一組科學(xué)家進(jìn)行了一項(xiàng)研究，以評(píng)估基于晶體硅，砷化鎵（GaAs）和硒化銅銦鎵（CIGS）的超薄太陽(yáng)能電池的潛力和局限性。

在最近發(fā)表在《自然能源》上的“超薄太陽(yáng)能電池的進(jìn)展和前景”中，科學(xué)家聲稱生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的厚度至少要比商業(yè)太陽(yáng)能電池薄十倍，這將便宜得多，因?yàn)樗璨牧系臄?shù)量明顯減少。與較薄的細(xì)胞層相關(guān)的沉積時(shí)間的下降也將導(dǎo)致更高的生產(chǎn)通量和更低的投資成本。

研究人員斯蒂芬·科林（Stephan Collin）表示：“我們認(rèn)為未來超薄太陽(yáng)能電池的應(yīng)用將不受限制。一旦克服了技術(shù)難題，它們可能會(huì)提供成本優(yōu)勢(shì)和節(jié)省材料而沒有缺點(diǎn)?！?/p>

當(dāng)前，太陽(yáng)能電池使用的材料太多，但是一旦全面開發(fā)和工業(yè)化，超薄太陽(yáng)能電池可能具有相同的性能。

Collin說：“對(duì)于晶體硅，趨勢(shì)是減小太陽(yáng)能電池的厚度，這項(xiàng)研究將刺激這種趨勢(shì)。我們可能會(huì)期望硅太陽(yáng)能電池在幾年內(nèi)變薄到大約50 μm，但是要變薄則需要在制造過程中進(jìn)行大幅度的改變。”

該研究小組表示，目前在開發(fā)此類電池中使用的光學(xué)方法還不夠，因?yàn)檫^多地降低吸收體材料的厚度可能會(huì)損害太陽(yáng)能電池的整體結(jié)構(gòu)。

該小組說：“總體而言，載流子光生和收集的問題是緊密聯(lián)系在一起的，吸收劑的薄化進(jìn)一步限制了選擇性接觸和鈍化層的實(shí)現(xiàn)?！?/p>

用于增強(qiáng)晶體電池的光吸收的策略更為復(fù)雜?？茖W(xué)家表示可以通過“將自底向上的生長(zhǎng)方法和可擴(kuò)展的圖案化技術(shù)應(yīng)用于處理10μm厚的硅電池以達(dá)到15％以上的效率”來實(shí)現(xiàn)工業(yè)上可行的超薄太陽(yáng)能電池。

以砷化鎵為基礎(chǔ)的超薄電池被認(rèn)為是探索新型捕光策略的模型設(shè)備，可應(yīng)用于其他材料。

Collin說：“對(duì)于III－V而言，超薄太陽(yáng)能電池由于具有更長(zhǎng)的使用壽命而在太空應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此我們預(yù)計(jì)將朝著這個(gè)方向大力努力，并有望在中期應(yīng)用?！?/p>

第一種商業(yè)產(chǎn)品可能是CIGS和碲化鎘（CdTe）電池。

Collin補(bǔ)充說：“這些技術(shù)可以從厚度減少中受益，而無需在電池結(jié)構(gòu)或制造工藝上進(jìn)行大的改變?！?/p>

主要的技術(shù)挑戰(zhàn)是開發(fā)一種能夠保持高CIGS沉積溫度約500℃，同時(shí)提供高光反射率并與CIGS形成歐姆接觸且表面重組率低的背接觸。

研究人員補(bǔ)充說，多結(jié)超薄電池也有可能成為一種有前途的應(yīng)用，但在整體寬帶光譜上的高效捕獲光以及亞電池之間的電流匹配方面仍然存在問題。然而，科林相信超薄太陽(yáng)能電池可以用于建筑綜合光伏（BIPV）。