砷化镓薄膜太阳能电池效率提升至28.4%

美国科学家通过与传统科学研究相反的新思路，用砷化镓制造出了最高转化效率达28.4%的薄膜太阳能电池。该太阳能电池效率提升的关键并非是让其吸收更多光子而是让其释放出更多光子，未来用砷化镓制造的太阳能电池有望突破能效转化记录的极限。

      过去，科学家们都强调通过增加太阳能吸收光子的数量来提升太阳能电池的效率。太阳能电池吸收阳光后产生的电子必须被作为电提取出来，而那些没有被足够快速提取出的电子会衰变并释放出自己的能量。

      美国能源部下属的劳伦斯伯克利国家实验室科学家伊莱·亚布鲁诺维契领导的研究表明，如果这些释放的能量作为外部荧光排放出来，太阳能电池的输出电压就会提高。亚布鲁诺维契说：“我们的研究表明，太阳能电池释放光子的效率越高，其能源转化效率和提供的电压就越高。外部荧光是太阳能电池转化效率达到理论最大值——肖克莱·奎塞尔效率极限的关键。对于单p-n结太阳能电池来说，这个最大值约为33.5%。”

      参与研究人员欧文·米勒解释道，在太阳能电池的开路环境中，电子无处可去，就会密密挤在一起，理想的情况是，它们排放出外部荧光，精确地平衡入射的太阳光。

      基于此，由亚布鲁诺维契联合创办的阿尔塔设备公司使用亚布鲁诺维契早期研发的单晶薄膜技术——外延层剥离技术，用砷化镓制造出了最高转化效率达28.4%的薄膜太阳能电池。这种电池不仅打破了此前的转化效率，其成本也低于其他太阳能电池。目前效率最高的商用太阳能电池由单晶硅圆制造，最高转化效率为23%。砷化镓虽然比硅贵，但其收集光子的效率更高。就性价比而言，砷化镓是制造太阳能电池的理想材料。

      亚布鲁诺维契说：“太阳能电池的高性能与外部荧光有关，我们的理论将显著改变未来太阳能电池的面貌，我们将生活在一个太阳能电池非常便宜而且高效的世界中。”

      上世纪60年代，砷化镓太阳电池就已经研制成功，当时的转化率不到10%。尽管几十年来技术一路改进，但单结砷化镓薄膜电池的转化率一直没有突破27%。这次美国科学家一反常规，创造条件让电池板向外放射荧光，看似损失了能量，实则提高了效率，向理论极限迈进一大步。过去由于成本原因，优质光电材料砷化镓没有像硅那样大规模应用，而随着技术进步，新出现的大规模制造工艺正逐渐为砷化镓产业化应用铺平道路，这对现有光伏产业是一个巨大冲击。