从理论上讲 两层的太阳能电池效率要好于一层

太阳能电池已经走了很长一段路,但是廉价的薄膜太阳能电池在效率上仍然远远落后于较昂贵的晶体太阳能电池。现在,一组研究人员建议,使用两种不同材料的薄膜可能是制造价格可承受的,效率约34%的薄膜电池的方法。

“十年前,我对太阳能电池知之甚少,但对我来说,它们非常重要。”宾夕法尼亚州立大学埃文·普格大学教授Akhlesh Lakhtakia和工程学与力学教授Charles Godfrey Binder教授说。

在调查该领域时,他发现研究人员从两个方面着手研究太阳能电池:光学方面-着眼于如何收集太阳光;电气方面-着眼于如何将收集到的阳光转化为电能。光学研究人员致力于优化光捕获,而电气研究人员则致力于优化向电的转换,双方都在简化彼此。

Lakhtakia说:“我决定创建一个模型,在该模型中,将在电气和光学方面得到同等对待。” “我们需要提高实际效率,因为如果一个电池的效率低于30%,那将无济于事。” 研究人员在最近一期的《应用物理学快报》中报告了他们的研究结果。

Lakhtakia是一位理论家。他不在实验室制作薄膜,而是创建数学模型来测试配置和材料的可能性,以便其他人可以测试结果。他说,问题在于优化光学和电气的数学结构非常不同。

他解释说,太阳能电池似乎是简单的设备。一个明显的顶部层允许能量转换层上的太阳光下降。选择用来转换能量的材料,吸收光并产生带负电的电子流和带正电的空穴,它们沿相反的方向移动。带不同电荷的颗粒被转移到顶部接触层和底部接触层,这些接触层将电引导出电池以供使用。细胞可以产生的能量取决于收集到的阳光量和转换层的能力。不同的材料会发生反应并转换不同波长的光。

拉赫塔基亚说:“我意识到要提高效率,我们必须吸收更多的光。” “为此,我们必须以特殊方式使吸收层不均匀。”

这种特殊的方式是在两个不同的薄使用两种不同的吸收性材料的薄膜。研究人员选择了可商购的CIGS(二硒化铜铟镓)和CZTSSe(硒化铜锌锡硒)。就其本身而言,CIGS的效率约为20%,CZTSSe的效率约为11%。

这两种材料在太阳能电池中起作用,因为两种材料的结构相同。Lakhtakia认为,它们具有大致相同的晶格结构,因此可以在另一个之上生长,并且它们吸收光谱的不同频率,因此应该提高效率。

“真是太神奇了,”拉赫塔基亚说。“他们共同生产了效率为34%的太阳能电池。这创建了一种新的太阳能电池结构,层层叠叠。其他可以真正制造太阳能电池的人可以找到其他层的配方,也许做得更好。”

根据研究人员的说法,下一步是通过实验创建这些内容,并查看获得最终最佳答案的选项。

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