新闻： 光伏
29 June 2021
除了屋顶和开放空间太阳能电池的经典应用之外，光伏设备还可以与激光一起使用以实现高效的电力传输。在第 48 届 IEEE 光伏专家会议上，来自德国弗莱堡弗劳恩霍夫太阳能系统 ISE 研究所的研究人员展示了他们如何利用单色激光下的光伏电池实现 68.9% 的创纪录转换效率。为此，该团队使用了基于砷化镓 (GaAs) 的非常薄的光伏电池，并在其背面应用了高反射率导电镜。
图片：Fraunhofer ISE 的新型砷化镓薄膜光伏电池。 （©Fraunhofer ISE / 图片：Henning Helmers）。
当入射光的能量略高于半导体材料的带隙能量时，光伏效应特别有效。因此，当作为光源的单色激光器与合适的化合物半导体材料匹配时，理论上可以实现非常高的效率。
在这种“光能”能量传输中，激光能量通过空气或光纤传输到光伏电池，其特性与单色激光的功率和波长相匹配。与通过铜线进行的传统电力传输相比，光供电系统特别有利于需要电隔离电源、防雷或防爆、电磁兼容性或完全无线电力传输的应用。
Fraunhofer ISE 的基于 GaAs 的 III-V 半导体光伏电池在 68.9nm 波长激光照射下实现了 858% 的创纪录转换效率。这被认为是迄今为止光能转化为电能的最高效率。
这是通过薄膜技术实现的，其中太阳能电池层首先在 GaAs 基板上生长，然后将其去除。一个导电的高反射镜被应用到剩余半导体结构的背面，该结构只有几微米厚。
“这种薄膜方法在效率方面有两个明显的优势，”研究团队负责人、物理学家亨宁·赫尔默斯博士说。 “首先，光子被捕获在电池中，并且接近带隙的光子能量的吸收最大化，这同时最大限度地减少了热化和传输损耗，从而使电池更加高效。其次，通过辐射复合在内部额外产生的光子被捕获并有效回收。这延长了有效载流子寿命，从而进一步提高了电压。”
研究小组研究了采用金制成的背面反射器以及陶瓷和银的光学优化组合的薄膜光伏电池，后者显示出最佳结果。 n-GaAs/p-AlGaAs 异质结构被开发为吸收体，其由于复合而表现出特别低的载流子损失。
Fraunhofer ISE 的主任教授 Andreas Bett 评论道：“这是一个令人印象深刻的结果，显示了光伏发电在太阳能发电以外的工业应用中的潜力。”光功率传输具有多种应用。例如风力涡轮机的结构监测；监控高压线、飞机油箱中的燃油传感器或无源光网络；来自体外的植入物的光学供应；或用于物联网应用的无线电源。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pssr.202100113
资料来源：http://www.semiconductor-today.com/news_items/2021/jun/fraunhofer-ise-290621.shtml
