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新制程可望降低多接面太阳能成本,未来高效率电池将更普及

目前市面上太阳能板转换效率大多落在 20% 左右,当然也不是没有更高效率的面板,只不过这些太阳能板因为制造困难,成本非常高昂。对此,美国科学家已透过全新的制程,或许能降低高效率多接面太阳能电池(multi-junction cell)的成本。

多接面太阳能板是由不同能隙的半导体组成,就某方面来说就是个串叠型太阳能电池,像是先前德国夫朗和斐协会太阳能研究所就将硅电池与三五族的砷化镓、磷化铟镓结合,这类太阳能板可吸收的光谱能量较广,转换效率相当高,最高纪录曾达到 45%,但多接面太阳能电池的结构非常复杂,不同材料会有不同的结构,相当考验电荷传输与收集,各层间流通的电流都得保持一致,避免电流损耗。

通常多接面太阳能结构从底部到顶层分别为:基板、底部电池胞、穿隧二极体、顶部电池胞与抗反射层。科学家为了顺利传输电荷,会在不同层之间打造隧道结(tunnel junction),透过量子穿隧效应(quantum tunnelling effect)导通层与层之间的电流,这也进一步提高成本与建造难易度。

▲ 在传统多接面太阳能中,科学家会在金属跟金属之间放置绝缘体,三者一同形成隧道结

对此,美国北卡罗莱纳州立大学(NC State University)团队已开发出更简单的电池制造方法,在该实验中,透过在硅晶太阳能电池上直接堆叠砷化镓太阳能电池,并利用金属间的监结来结合太阳能电池中不同的材料。

北卡罗莱纳州立大学电机工程系名誉教授 Salah Bedair 表示,铟是一切的关键,团队在电池的金属接面附上铟薄膜,这种金属在常温常压下容易监结,因此团队能透过机械堆叠跟电性联接来结合两种材料,最终制成太阳能电池。

团队认为,透过该制造方法,科学家将能善加利用现有的技术与太阳能电池,不需要再开发全新的电池。Bedair 指出,太阳能电池制造商最佳化现有制程或产品后,或许就能提高制造多接面太阳能电池的效率,进一步降低成本。

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