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DTU研究人员开发可持续串联太阳能电池

能源 2019-12-24 18:04:26

几年来,DTU研究人员与丹麦催化公司HaldorTopsøe及其他人紧密合作,将两种类型的太阳能电池组合在一起,以制造出一种新型的所谓的串联式太阳能电池。他们现在已经成功了。

“这是任何人首次开发出功能性串联太阳能电池,该电池由硅电池组成,并覆盖有由可持续材料CZTS制成的薄膜电池。优势在于,与目前主导市场的太阳能电池类型相比,串联太阳能电池具有更好的吸收太阳光能量的能力。” ALTUELL研究项目负责人DTU Fotonik资深研究员兼集团负责人JørgenSchou解释说。 。

他强调串联太阳能电池的想法并不是什么新鲜事物,其新颖之处在于将其建立在可持续发展的基础上,同时又具有竞争优势。

可持续的薄膜电池

通过将硅电池与一层由称为CZTS的材料组成的薄膜相结合,开发出了新型的串联太阳能电池。如今,大多数薄膜电池是由镉(一种有毒的重金属)和碲(这与黄金一样稀有)这两种元素制成的。CZTS是一种相对较新的材料,由铜,锌,锡和硫组成。这些物质是可持续的且廉价的,因为它们在自然界中容易获得。

如今,大多数标准太阳能电池都由硅制成,因为这种元素存在于沙子中,既便宜,可持续,又能够实现高能效,这意味着它可以吸收并将许多太阳光转化为电能。研究人员现在在这项技术的基础上增加了薄膜太阳能电池,从而增加了对太阳光线的吸收,从而增加了功率输出。

JørgenSchou解释说:“ CZTS和硅的组合非常好,因为它们一起吸收了大部分光谱中的能量。

薄膜位于最上面,从光谱的可见光部分吸收能量最多的光子,而其余的光继续向下到达硅层,在红外光谱中效果最好。”

能源效率世界纪录

硅电池的能量效率约为20%。通过在顶部添加CZTS薄膜电池,目标是至少达到30%。

“我们正在努力解决两个主要挑战。一种是将CZTS电池与基于硅的底部电池集成在一起。我们已经取得了巨大的成功,因为我们已经实现了不低于3.9%的能效,这实际上是此类串联太阳能电池的世界纪录。”JørgenSchou解释说。

“第二个挑战是提高CZTS电池的效率,在澳大利亚的记录创下了约11%的记录。但是,从长远来看,我们正在努力达到17%至18%的水平,但是我们还有一段路要走。”

研究人员已经成功地将串联太阳能电池构建为一个单元,但是在保持两种材料的性能的同时,以最佳方式组合两种材料一直是一个挑战。因此,测试了几种不同的方法,其中包括HaldorTopsøe参与的过程。

“我们一直参与测试一种可扩展的技术来生产CZTS薄膜。目的是测试我们是否可以使用我们专业知识范围内的某些方法来生产薄膜。实际上,我们确实取得了成功,但是薄膜的太阳能电池性能还不够好,因此该项目将使用另一种技术来进行。” HaldorTopsøe高级材料研发总监SørenDahl说。

他强调,霍尔多·托普索(HaldorTopsøe)将继续监督该项目。

“在如此短的时间内,ALTCELL项目取得了多大的成就,给我留下了深刻的印象,我们的参与对我们具有不可思议的指导意义。因此,监视项目进度以观察例如串联太阳能电池的能源效率如何提高将是非常有趣的。

竞争替代品

如果新的串联太阳能电池要成为硅电池的有竞争力的替代产品,则必须实现更高的能源效率。而现在,在解决了第一个关键挑战后,JørgenSchou感到乐观。

“我们已经找到了一种生产薄膜的技术,所以现在的问题是以低成本的方式进行大规模生产,一旦我们设法优化技术并提高硅电池以及CZTS电池的效率,我坚信这种串联型太阳能电池将成为未来太阳能电池市场的重要组成部分。但是,距离我们解决悬而未决的挑战还需要几年的时间。”

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