最近，美國國家可再生能源實驗室（NREL）開發(fā)了世界上最高效的太陽能電池，其最高的能量轉(zhuǎn)換效率為47.1％。 盡管這些轉(zhuǎn)換效率記錄經(jīng)常被打破，但至少到目前為止，至少有47.1％的轉(zhuǎn)換效率太陽能電池可以被稱為世界上最高效的太陽能電池。 關(guān)于

的最新研究成果已于4月13日發(fā)表在《自然能源雜志》上。

太陽能電池在提高轉(zhuǎn)換效率的道路上不斷前進(jìn)。 材料的正確組合可以提高太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的能力。 該論文的合著者，NREL高效晶體光伏電池團(tuán)隊

的首席科學(xué)家John geisz說：“這種新設(shè)備顯示了多結(jié)太陽能電池的巨大潛力�！� 。

多結(jié)太陽能電池是一種高效的太陽能電池。 每個單元具有通過分子束外延或有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積形成的多個薄膜。 由這些薄膜制成的不同半導(dǎo)體具有不同的特征能隙，它們可以吸收光譜中特定頻率的電磁波能量。 到目前為止，對

的研究已經(jīng)證明硅是太陽能電池效率的金標(biāo)準(zhǔn)，僅使用硅的單結(jié)太陽能電池的最高效率為33％。 實際上，通過替換材料，添加更多節(jié)點(diǎn)并在它們之間執(zhí)行一系列工程技術(shù)，可以突破33％的轉(zhuǎn)換效率極限。 例如，當(dāng)太陽集中時，某些三結(jié)太陽能電池的效率可能超過45％。

太陽能電池的III-V型六結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖

和NREL開發(fā)的最新太陽能電池是III-V型六結(jié)結(jié)構(gòu)，其中“ III-V”表示吸光元件的位置 在元素周期表中，III-V族材料具有廣泛的光吸收特性。 電池的六個連接點(diǎn)均經(jīng)過特殊設(shè)計。 它們由六種不同類型的光敏層組成，它們可以捕獲來自太陽光譜特定部分的光。 通過現(xiàn)代工程和納米技術(shù)，

包含約140層不同的III-V材料層，以支持這些連接點(diǎn)的性能，但其寬度僅為人發(fā)的三分之一。

太陽能電池效率新紀(jì)錄

為了探索III-V型六結(jié)太陽能電池的性能，Nerl科學(xué)家在聚集的光下進(jìn)行了測試，這是自然陽光強(qiáng)度的143倍。

測試結(jié)果表明，它們的新太陽能電池在聚光下的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的47.1％。 NREL科學(xué)家，

iii-v多結(jié)電池的共同開發(fā)者之一Ryan France說，“非常有可能實現(xiàn)太陽能電池效率超過50％的潛力”。 但是，由于熱力學(xué)的基本局限性，物體總是與外界進(jìn)行能量交換，因此轉(zhuǎn)換效率不能達(dá)到100％。 雖然測試是在集中光下進(jìn)行的，但在實際使用中會降低與結(jié)果相對應(yīng)的效率，但研究小組表示該設(shè)備可以內(nèi)置反射鏡，以將陽光聚焦在電池上。 同時，

研究小組還在正常陽光下測試了新電池，其轉(zhuǎn)換效率仍為39.2％。 39.2％的轉(zhuǎn)換效率似乎并不出色，但不可低估。 實際上，轉(zhuǎn)換效率的39.2％創(chuàng)下了在陽光下轉(zhuǎn)換效率的新世界紀(jì)錄。 根據(jù)

john geisz的說法，目前使太陽能電池的效率超過50％的主要障礙是減小阻礙電池內(nèi)部電流流動的電阻。 關(guān)于

的更重要的一點(diǎn)是，正常日光和聚光之間的轉(zhuǎn)換效率差異表明，在大眾市場上部署六結(jié)III-V電池可能是一種經(jīng)濟(jì)的方法。 法國人賴安（Ryan France）解釋說：“在地面上，六結(jié)III-V太陽能電池非常適合集中光伏發(fā)電。降低成本的一種方法是減小所需的面積，這可以通過使用鏡子捕獲光和 將其集中到一個點(diǎn)上。”

，也就是說，使用成本相對較低的反射鏡在新的太陽能電池上聚光可以大大降低該技術(shù)的使用成本。 通過聚焦，可以使用更少的半導(dǎo)體材料。 同時，聚光也將提高電池效率。 “根據(jù)法國的

，與傳統(tǒng)的硅太陽能電池相比，達(dá)到相同的效果最終可能只使用原始半導(dǎo)體材料的1/100或什至1 /1000。

csp技術(shù)顯示，所有的太陽能反射器在 美國能源部在奧巴馬政府期間展示了集中式太陽能發(fā)電技術(shù)，該技術(shù)當(dāng)時在市場上并不流行，但是近年來，聚光光伏的發(fā)展 真正的開始，目前的重點(diǎn)是熱能和儲能，近年來，美國能源部繼續(xù)增加對集中光伏發(fā)電技術(shù)的興趣，特別是在高溫太陽能領(lǐng)域。 也是高溫CSP領(lǐng)域高科技能源的新投資者

和Nerl的太陽能電池技術(shù)可能為CSP工業(yè)提供另一種方式 力求發(fā)展太陽能。 John geisz認(rèn)為，NREL也將積極參與降低III-V型太陽能電池的成本，從而為這些高效電池開辟新的市場。

參考：

https：//www.nature.com/articles/s41560-020-0598-5

https：//pvbuzz.com/solar-cell-efficiency-of-nearly-50-percent/

https：/ /cleantechnica.com/2020/04/14/us-scientists-create-new-solar-cell-that-blockspast-theory-limit-but-why/

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