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激光技术大大提高太阳能电源光电转换率
2017-07-11 15:10:52   来源:精焊机械科技   作者:张龙采编  点击:

  激光束不仅仅只是科幻小说中炫酷的高科技武器或者是那种逗猫的玩具,由于激光束的速率非常的快,所以将他们使用在通讯业中也是相当方便的,并且作为现代通讯技术的基础,激光束还能被分化成0和1这样的数字信号,不过,现在的激光器既昂贵而且还很难被制造出来,如果要让激光束使用在通讯业中,那么激光器的价格必须要非常便宜,并且不能有任何的缺陷。而钙钛矿就是制造廉价激光器的首选材料,它不仅便宜而且还很容易释放出激光束。而且其存在形式也非常的稳定。


  一般工业晶体硅太阳能电池的光电转换效率为14%~16%,而采用新的激光加工技术能提高太阳能电池的光电转换效率。德国某研究所的研究人员已经研制出一种制造太阳能电池的加工工艺,即背交叉单次蒸发(RISE)工艺。辅以激光加工技术,用该工艺制造的背接触式硅太阳能电池的光电转换效率达到22%。激光加工技术是RISE加工程序中最关键的技术。


  太阳能电池以光电效应作为基础,当一个光子或是光粒子击中单个硅晶体时,便会产生一个带负电荷的电子以及一个带正电荷的空穴,而收集这些电子空穴对就能够生成电流。作为论文的合著者,该校化学系的朱莉亚加利表示,传统的太阳能电池能基于每个光子产生一个电子空穴对,因此其理论最大转换效率约为33%。而新途径能够基于单个光子产生多个电子空穴对,从而切实提升太阳能电池的效率。


  科研人员借助劳伦斯伯克利国家实验室的超级计算机模拟了硅BC8的行为,这种硅结构形成于高压环境,但其在正常压力下也很稳定。模拟结果显示,硅BC8纳米粒子确实基于单个光子生成了多个电子空穴对,即使当它暴露于可见光时亦是如此。


  此次研究的主要作者、博士后研究员斯蒂芬、魏博曼谈到,这一途径可使太阳能电池的最大转化效率提升至42%,超越任何现有的太阳能电池,意义十分重大。事实上,如果利用抛物面反射镜为新型太阳能电池聚集阳光,我们有理由相信,其转换效率或可高达70%。


  目前,很多厂家都利用激光加工技术生产硅太阳能电池。如采用激光刻槽埋栅极技术,也就是说利用激光技术在硅表面上刻槽,然后填入金属,以起到前表面电接触栅极的作用。与标准的前表面镀敷金属层相比,这种技术的优点能减少屏蔽损耗。另外一种被称之为发射区围壁导通(emitterwrapthrough)技术。用激光在硅晶片上钻通孔,高掺杂壁将发射区前表面的电流传导到背表面的金属接触层,因而能进一步降低屏蔽损耗,提高光电转换效率。


  在光伏发电产业中,单晶硅和多晶硅等硅基光伏电池几乎占到全部产量的94%以上。由于近年太阳能级硅材料供不应求,且持续大幅度涨价,在一定程度上制约了硅基光伏电池的发展。因此,如何提高光伏电池的转换效率和降低光伏电池的生产成本,成为目前光伏产业必须研究和解决的核心问题。人们一方面在研究和扩大太阳能级硅材料的生产,另一方面又在研究和推广不用或少用硅材料来生产新的光伏电池。在这样一种背景下,非晶硅、硫化镉、碲化镉及铜铟硒等薄膜电池应运而生,乘势发展。上述光伏电池中,非晶硅电池效率低下,且稳定性有待提高。尽管硫化镉、碲化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池效率高,成本较晶体硅电池低,且易于大规模生产,但是镉有剧毒,会对环境造成严重污染,硒和铟是储量很少的稀有元素,因此大规模发展必将受到材料制约。而砷化镓化合物材料具有十分理想的禁带宽度以及较高的光吸收效率,适合于制造高效电池。此外,还可以通过叠层技术做成多结砷化镓基电池,以进一步提高转换效率。但是,由于砷化镓基材料价格昂贵, 砷化镓薄膜电池目前只在航天等特殊领域应用,离地面应用的商业化运行还有很大距离。


  为了降低光伏电池的发电成本,可采取的有效途径之一就是研发和应用砷化镓薄膜电池聚光发电系统。在获得同样输出功率情况下,可以大大减少所需的砷化钾薄膜电池面积。相当于用比较便宜的普通金属、玻璃材料做成聚光器和支撑系统,来代替部分昂贵的砷化镓薄膜电池。在这种聚光系统中,如果聚光率超过10倍以上,则系统只能利用直射阳光,因而必须采用跟踪系统相互配合,才能充分发挥效能。在固定温度下,光伏电池效率随聚光率变化的一般趋势是,在低聚光率时,电池效率随聚光率的增加而增加,在高聚光率时,则随聚光率的增加而降低。光伏电池在高聚光大电流下,其工作温度的升高将导致效率的下降,因此,聚光跟踪系统还需要配备有效的散热设备。考虑到系统的整体经济性,可以通过主动制冷方式,在对光伏电池快速散热的同时,充分利用热能生产热水,最终实现实现太阳能光热和光伏的综合利用,以充分发挥整体效能。


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