来自麻省理工学院和马斯达尔科学技术学院的工程师们开发了一种新型太阳能电池，它将两层不同的太阳光吸收材料结合在一起，从而获得更广泛的太阳能量。

 

在世界许多地方，太阳能发电的成本开始与更便宜的化石燃料发电平价，但清洁能源在全球电力组合中所占比例仍略高于1%。天富平台优势

 

将太阳光转换为电能的太阳能电池在促进全球太阳能发电方面发挥着重要作用，但研究人员在扩大这项技术方面仍然面临着限制。例如，开发能够以极低成本将大量阳光转化为可用电能的高效率太阳能电池仍然是一个重大挑战。

 

麻省理工学院(MIT)和马斯达尔科学技术学院(Masdar Institute of Science and Technology)的一组研究人员可能已经找到了一种解决这一看似棘手的效率和成本之间的权衡的方法。该团队已经开发了一种新的太阳能电池，它结合了两层不同的太阳光吸收材料，以获得更广泛的太阳能。研究人员称该装置为“阶梯细胞”，因为这两层是按阶梯方式排列的，下层突出于上层之下，以便将两层都暴露在入射阳光下。这种多层或“多结”太阳能电池的制造成本通常很高，但研究人员也在他们的阶梯电池中使用了一种新颖的、低成本的制造工艺。

 

团队的step-cell概念理论效率可以达到40%以上,估计实际效率为35%,促使团队的主要人员——马斯达尔研究所Ammar Nayfeh电气工程和计算机科学副教授,默顿和麻省理工学院的尤金·菲茨杰拉德,c . Flemings-SMA教授材料科学与工程-计划创业公司商业化前景的太阳能电池。

 

菲茨杰拉德已经启动了几家初创公司，包括AmberWave Systems Corporation、Paradigm Research LLC和4Power LLC，他认为步进电池可能在未来一两年内就可以投入光伏市场。天富平台优势

 

该团队于今年6月在俄勒冈州波特兰市举行的第43届IEEE光伏专家会议上展示了其初步概念验证的步进电池。研究人员还在第40届和第42届年度会议上，以及《应用物理学杂志》和《IEEE光伏杂志》上报告了他们的发现。

 

除了硅

 

十多年来，传统的硅晶体太阳能电池一直被吹捧为业界在效率方面的黄金标准，制造成本相对低廉，但它们在将阳光转化为电能方面效率不高。平均而言，由硅基太阳能电池制成的太阳能板可以将15%到20%的太阳能转化为可用的电能。

 

硅的光电转换效率低，部分原因是它的带隙(bandgap)特性，该特性阻止了半导体有效地将高能量光子(如蓝光、绿光和黄光波发出的光子)转换为电能。相反，只有较低能量的光子，比如那些由较长的红色光波发出的光子，才能有效地转化为电能。

 

为了利用更多的太阳高能光子，科学家们探索了不同的半导体材料，如砷化镓和磷化镓。虽然这些半导体比硅效率更高，但效率最高的太阳能电池是通过将不同的半导体材料层层叠加，并进行微调，使每一种材料都能吸收不同的电磁波谱薄片而制成的。

 

这些层状太阳能电池理论上可以达到50%以上的效率，但其极高的制造成本使得它们只能用于特定的应用领域，比如卫星，在这些领域，低重量和高效率比高成本更重要。

 

相比之下，马斯达尔研究所-麻省理工学院的阶梯电池的制造成本只需一小部分，因为关键部件是在可重复使用的基板上制造的。因此，该装置可能有助于在工业水平上促进高效率、多结太阳能电池的商业应用。

 

成功的步骤

 

这种阶梯电池是通过在低成本的硅太阳能电池上叠加砷化镓磷化太阳能电池制成的，该太阳能电池由一种半导体材料组成，可吸收并有效转换更高能量的光子。

 

硅层暴露出来，看起来像一个底层台阶。这种有意设计的阶梯设计允许顶层砷化镓磷化(GaAsP)层吸收高能光子(来自蓝光、绿光和黄光)，而底层硅层则可以自由吸收低能光子(来自红光)，不仅可以从顶层传输，