在“PVJapan2014”上,日本大阪大学产业科学研究所的研究员江村修一等人提出了倒霉用pn结的新原理的太阳能电池方案。理想环境下,这种太阳能电池的转换效率有望到达70~80%。
新原理的思路是,利用晶体内的极性,也便是自觉极化引发的内部电场梯度来疏散激子(成对的电子与空穴)。太阳能电池常用的质料Si没有极性,但不少化合物的晶体都具有强极性。当这些质料在内部电场梯度的作用下汲取光子生成激子后,电子与空穴将自觉性地疏散至差异偏向。根据具体假想,太阳能电池元件的布局是在InN层与电极之间夹入300nm~350nm厚、带隙为0.92eV的InGaN层。
对付一样平常的太阳能电池,疏散激子、使电子与空穴分别转移到差异电极是由pn结来完成的。而江村表现,只利用内部电场梯度疏散激子具有许多好处,此中最大的好处是可以大概淘汰电子与空穴的复合和热弛豫。
举例来说,一样平常的Si类太阳能电池为了提升光汲取率,仅活性层每每就到达数十μm乃至更厚。这使得大多数波长短、能量高的光子在远离pn结的地方就变成“热激子”,在抵达pn结疏散成电子和空穴之前,就已经因复合和热弛豫而孕育产生丧失。
已往的单结太阳能电池存在的问题是,波长短于带隙的光因热弛豫而丧失,而波长较长的光会产生透射,无法有效利用。这种征象被称作“Shockley-Queisserlimit”,干系到单结太阳能电池的最大性能。
而这次提出的新型太阳能电池的光活性层利用的InGaN的厚度为300nm~350nm。据江村介绍,InGaN差异于Si,属于直接迁移型,光汲取率高,“只需100nm左右的厚度就能汲取照射光芒的1/2”,300nm则可汲取大部门的光芒。相对付载流子的寿命,该层到电极的距离也比力短。因此“没有声子散射,也不产生热弛豫”。这就消除了决定“Shockley-Queisserlimit”的两大丧失缘故原由中的一个。
红外线等长波长电磁波的透射丧失依然存在。但是,议决控制InGaN中In的因素,使带隙缩小到0.92eV后,无法利用的红外线的能量比可以低沉到阳光团体的10%。
江村表现,虽然思量到这10%和光反射等造成的丧失,也可以使团体丧失低沉到20~30%。换言之,在理想环境下,可以大概实现转换效率为70~80%的太阳能电池。
但制止当下,这种太阳能电池还停顿在理论过程。江村表现,“以后就要实际制作元件并举行评估”。