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能源民主化时代即将到来:多结光伏能源成主力

上网日期: 2014年01月17日 ?? 作者: Julien Happich ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:多结光伏? 纳米线? 太阳能电池? MOVPE?

在28届欧洲光伏太阳能会议(EU PVSEC)上,整个会场的气氛显得充满生气。这次学术开幕会议带来了非常有前景的研究成果和新的电池概念,这种电池采用的是生成纳米线阵列的III-V材料组合。这次会议也使欧洲委员会的联合研究中心有机会提交他们的2013年光伏能源行情报告,并讨论在欧洲能源市场中增加光伏能源份额所需的战略。

堆叠多结太阳能电池的不同方法

Fraunhofer ISE公司“材料-太阳能电池与技术”事业部负责人Andreas W.Bett在他的演讲中透露了在太阳能电池效率方面的最先进成果,声称利用一种四结点结构(4个子电池)达到了44.7%的效率世界记录。

这个创记录的效率是在聚集297束太阳光的条件下测量得到的,电池可以转换44.7%的从紫外光一直到红外光的太阳能光谱能量(每个子电池吸收不同的波长范围,见图1)。在太阳能发电厂,使用玻璃或塑料光纤将太阳光集中到较小的堆叠电池上也会比在更大面积上使用硅材料便宜。W.Bett另外也表示,光谱分割虽然可行,但不具有成本效益,因此电池堆叠方法也是这样。

Fraunhofer ISE CalLab测量得到的Fraunhofer ISE公司四结太阳能电池及其外部量子效率(电子工程专辑)
图1:Fraunhofer ISE CalLab测量得到的Fraunhofer ISE公司四结太阳能电池及其外部量子效率。

W.Bett并没有采用生成III-V化合物半导体的晶格匹配层这样标准的单片分层方法,他通过观察详细的仿真结果找到了最高效的能量带隙堆叠。他的实验室随后利用有机金属气相外延(MOVPE)实现了正确的材料组合和最优的带隙,并使用创新的变形增长概念,在晶格常数稍有些失配的叠层之间构建递进合成物的缓冲层。据W.Bett透露,这种策略在材料选择方面更加灵活,因此可以取得更高的光电转换效率。

并不是所有人都认同这种方法的总体成本效率,至少imec公司开发总监Philip Pieter是其中一位。他认为,构建多结电池的更好方法是通过机械方式绑定不同的电池(见图2),每个电池的选择依据是效率,而不是它们的晶格或电流匹配。

以机械方式将每节电池的端子堆叠起来的多结太阳能电池与单片形式集成的双端子多结电池(电子工程专辑)
图2:以机械方式将每节电池的端子堆叠起来的多结太阳能电池与单片形式集成的双端子多结电池。

在以前的研究中,Pieter强调,通过机械方式堆叠并联的电池,而不是使用不同带隙全部串联的单片结构,其总的电池堆叠将比较少地受到不断变化的光线条件影响(光线条件会不同程度地影响带隙,并将其中一些带隙转变成串联配置的负载)。事实上,根据设备性能测量数据和气候信息,研究人员能够计算出机械堆叠方式的电池的年终总产能增加了25%,这只是因为这种电池对由于白天时间变化和气候条件造成的光谱变化有较低的敏感度(见图3)。相比之下,电流匹配型单片生成的多结电池性能会因为早晨和傍晚(日出和日落时)丰富的红色光使得顶层结点性能欠佳而受到限制。

根据计算和气候数据比较机械堆叠的多结电池与单片集成的多结电池的年总产能(电子工程专辑)
图3:根据计算和气候数据比较机械堆叠的多结电池与单片集成的多结电池的年总产能。


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