实验室大小的太阳能电池原型(TPC -透明钝化接触)。在硅晶片上可以看到四个太阳能电池，每个电池大小为4平方厘米，每个电池都与丝网印刷的银触点接触并相框。信贷:j Forschungszentrum
纳米结构材料和一种新的电池设计为生产效率超过26%的硅太阳能电池铺平了道路。天富登录现场
今天，没有比利用太阳发电更便宜的方法了。发电厂目前建在阳光充足的地方，以每千瓦时不到2美分的价格提供太阳能电力。市场上现有的基于晶体硅的太阳能电池使这一目标成为可能，其效率高达23%。因此，它们在全球市场的份额约为95%。如果效率超过26%，成本可能会进一步下降。一个由Forschungszentrum Jülich的光伏研究人员领导的国际工作小组现在计划用纳米结构的透明材料和复杂的设计来实现这一目标。科学家们在著名的科学杂志《自然能源》上报告了他们多年的成功研究。
硅太阳能电池在过去的几十年里得到了稳步的改进，已经达到了一个非常高的发展水平。但是，在吸收阳光和载流子光伏发电后，复合的干扰效应仍然存在。在这个过程中，已经产生的负电荷和正电荷载流子结合并相互抵消，然后才能用于太阳能的流动。这种效果可以用具有特殊特性的特殊材料来抵消——钝化。天富登录现场
透明纳米层太阳能电池层序
在随机金字塔结构的晶圆上采用透明正面层(TPC，透明钝化接触)的新型太阳能电池的层序。灰色区域对应氮掺杂晶体硅晶片，浅蓝色层对应湿法化学生长的二氧化硅，红色层对应钝化的碳化硅，其次橙色为导电碳化硅。绿色的最后一层对应于氧化铟锡(ITO)。信贷:j Forschungszentrum
“我们的纳米结构层恰好提供了这种理想的钝化，”Malte Köhler说，他是Jülich能源和气候研究所(IEK-5)的前博士生和第一作者，他已经获得了博士学位。此外，超薄层是透明的——因此光的入射率几乎不会降低——并表现出高导电性。
Jülich工作组负责人丁凯宁博士说:“到目前为止，还没有其他方法能结合这三种特性——钝化、透明、导电——以及我们的新设计。”Jülich TPC太阳能电池的第一个原型在实验室中实现了23.99%(+- 0.29%)的高效率。这个数值也得到了哈梅林太阳能研究所(ISFH)独立的CalTeC实验室的证实。这意味着Jülich TPC太阳能电池的排名仍然略低于迄今为止在实验室制造的最好的晶体硅电池。但同时进行的模拟显示，使用TPC技术可以实现26%以上的效率。
“此外，我们只使用了能够相对快速地整合到系列生产中的制造流程，”丁强调了相对于其他研究方法的优势。有了这个策略，Jülich的科学家们就为他们的发展铺平了道路，从实验室到大规模的工业太阳能电池生产不需要太多的努力。
生产TPC太阳能电池层需要几个工艺步骤。在一层薄薄的二氧化硅上，研究人员沉积了一层双层微小的金字塔形纳米碳化硅晶体——在两种不同的温度下应用。最后是一层透明的氧化铟锡层。丁及其同事采用了湿化学法、化学气相沉积法(CVD)和溅射法。
为了取得成功，来自IEK 5的Jülich和Jülich的Ernst Ruska电子显微镜中心的研究人员与荷兰、中国、俄罗斯和厄瓜多尔的几个研究所密切合作。合作伙伴包括来自亚琛工业大学、杜伊斯堡-埃森大学、代尔夫特和埃因霍温技术大学、基多旧金山大学、新西伯利亚Kutateladze热物理研究所和广州中山大学的研究人员。在进一步的步骤中，丁凯宁的研究小组计划进一步优化其TPC太阳能电池的发电量。“我们希望太阳能电池制造商对我们的技术表现出极大的兴趣，”丁说。
