日本探索“热回收”太阳能电池概念 可超越电池效率理论极限

导读日本研究人员展示了一种“热回收”太阳能电池的新概念，他们声称这种电池有可能超过电池效率的理论极限。然而，他们说，一种适合能量过滤层的材料还没有被发现。该电池配备了一个100微米厚的硅吸收器，两个电极和载能过滤层放置在吸收器和电极之间。

来自日本国家先进工业科学技术研究所（AIST）可再生能源研究中心和东京大学固体物理研究所（ISSP）的科学家展示了热回收（HERC）太阳能电池的新概念。该设计依赖于晶体硅，而不是昂贵的强吸收直接缺口半导体材料。

在发表于《物理评论应用》的论文《热回收太阳能电池》中，演示的太阳能电池配备了一个100微米厚的硅吸收层，可以在高温下提取“热”电荷载体，在它们的能量以热的形式损失之前。

该电池还包括两个电极，以及位于吸收器和电极之间的载流子能量过滤层。由于能量过滤层的温度梯度，电池的性能有所提高。

该模拟基于太阳能电池的非平衡理论。该理论描述了吸收器中载流子的动力学、热分解和萃取过程，并提供了一组速率方程来确定电子微观状态下的分布函数。

根据科学家们的说法，这种新的电池概念表明，硅太阳能电池的转换效率还有提高的空间，超过了所谓的冲击－奎塞尔极限，即理论效率的最大值34％左右。

AIST的研究员Kenji Kamide说“我们和其他与我们合作的团队现在正试图通过实验室水平的实验来获得它的概念证明。”

他认为，滤波层的半导体材料需要有合适的带偏移量，为能量选择性载流子传输提供最佳的阻挡高度，同时还需要低导热系数，以获得滤波层内部较大的温度梯度。“现在我们正在寻找用于能量过滤层的最佳候选材料，”他说。

据微锂电小组分析，与传统的太阳能电池不同，该电池具有正温度依赖性，这意味着吸收器的效率随着温度的升高而提高。此外，Kamide说“实现这一目标的关键和最具挑战性的技术是找到合适的能源过滤层材料，避免安装到（热回收）HERC结构中可能出现的任何其他问题。”

当被问及这种电池的成本时，Kamide表示，现在尚无法进行成本估算，因为候选材料尚未确定。他肯定地说“当然，低成本材料应该更好。”