究竟是什麼原因使其研究結果如此特別?答案就在於研究人員們突破了矽晶太陽能電池的理論極限。

為了達到最佳效果,德國弗勞恩霍夫協會太陽能系統研究所(Fraunhofer ISE)的研究人員與奧地利半導體製程公司EV Group聯手,使用直接晶圓接合製程,將厚度僅幾微米的三五族(III-V)半導體材料薄層轉換為矽材。

在經過電漿活化後,藉由在次電池表面施壓,使其以真空方式接合在一起。III-V族次電池表面的原子則與矽原子緊密接合,從而創造出單晶片元件。

該研究所實現的效率是研究人員首次為此完全整合型矽基多接面太陽能電池提供的結果。其內部結構的複雜性無法從其外觀看出來:這款電池擁有簡單的前、後觸點,就像傳統矽晶太陽能電池一樣,因而能夠以相同的方式整合於太陽能電池模組中。

在Fraunhofer ISE校準實驗室中,研究人員為這顆尺寸約4平方公分的III-V / Si多結太陽能電池 所測得的轉換效率是30.2% 。相形之下,截至目前為止,為純矽晶太陽能電池所測得的最高轉換效率是26.3%,理論效率限制為29.4%。

III-V / Si多接面太陽能電池是由一連串彼此相互堆疊的子電池組成。穿隧二極體內部連接至由磷化銦鎵(GaInP)、砷化鎵(GaAs)和矽(Si)製成的三個子電池,以涵蓋太陽頻譜的吸收範圍。GaInP頂端的電池吸收300~670nm的輻射,中間的GaAs次電池吸收500 ~890nm之間的輻射,而底部的矽則用於收650~1180nm之間的輻射。

III-V族分層首先外延沉積在GaAs基底上,然後接合至矽晶太陽能電池結構。隨後,移除GaAs基底,並在前、後觸點施加抗反射塗層。“成功的關鍵在於為矽晶太陽能電池找到一種製造製程,它必須能夠產生平滑且高度摻雜的表面,使其適於晶片接合以及解決矽晶和所使用的III-V族半導體的不同需求,”Fraunhofer ISE研究團隊負責人Jan Benick解釋。

儘管效率高,但該技術仍然過於昂貴,而無法與其它太陽能電池競爭。因此,研究人員將致力於減少製造成本。根據Fraunhofer ISE表示,其最終目標在於實現效率超過30%的高效率太陽能電池模組。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Researchers exceed theoretical efficiency limit for Si solar cells,by Christoph Hammerschmidt)