“超薄”太阳能电池可为卫星供应动力：优化后转换效率有望达16%

导读：由剑桥大学领导的科学家使用砷化镓制造了一种“超薄”太阳能电池，厚度仅为80纳米。III-V族电池实现了9.08%的转换效率，其开发人员在模拟中证明，如果进一步优化，它可以达到16%。鉴于其重量轻和固有的抗辐射能力，该电池可能适用于为卫星和太空中的其他应用提供动力。

砷化镓(GaAs)和来自III-V族的其他电池材料长期以来一直是太阳能光伏研究人员感兴趣的领域，因为它们具有非常高的效率潜力。然而，材料的成本使这些材料仅限于无人机和太空旅行等利基应用。

使设备更薄，最大限度地减少贵重材料的使用，是降低制造成本的一种经过充分探索的方法。对于GaAs已经可行的利基应用，通过使设备更薄来减轻重量是一个有价值的前景，而且更薄的设备还显示出对地球大气层外更高辐射水平的更高抵抗力。

然而，随着厚度的减小，保持高效率成为一项挑战，因为可用于吸收光的材料减少了。添加光管理结构，可以更长时间地捕获光子并增加它们被吸收和转化为电能的机会。这是英国剑桥大学科学家采用的方法，他们旨在克服超薄设备的效率挑战，使他们能够利用其较低的重量和固有的抗辐射性。

该小组表示，先前在此长度尺度上证明的固有辐射耐受性足以通过减少或消除对防护罩玻璃的需求，在恶劣环境中实现新的任务类型以及轻巧灵活的外形。然而，超薄吸收器的透射率很高，需要集成的光管理来增加电流。

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充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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该小组制造的GaAs电池仅具有80纳米(nm)厚的有源层，当添加窗口和背面场层时，厚度增加至120nm。该小组使用一种称为位移talbot光刻(DTL)的图案化技术，将光管理架构集成到电池上，并将其性能与其他集成了平面银镜以将光反射回电池的电池进行了比较。[DTL]本质上适用于晶圆级、高产量制造，因此是制造具有集成光管理的大面积光伏器件的可行方法，他们解释道。

这些器件在论文中描述了超薄GaAs太阳能电池，带有用位移Talbot光刻制造的纳米光子金属介电衍射光栅，发表在光伏进展中。该小组能够展示9.08%的效率——与使用晶圆上处理的设备相比提高了68%。

使用模拟，该小组进一步证明了添加抗反射涂层，以及减少正面网格表面阴影的进一步创新，可以将该效率迅速提高到16%。他们指出，虽然这种类型的设备不太可能对主流光伏应用有用，但他们希望为太空发电和其他潜在应用开辟新的可能性。他们总结道，这些结果表明，超薄设备的未来实施方案不太可能仅凭效率就完成当前行业标准的多结光伏技术。然而，这里展示的纳米光子集成的潜在效率提升，连同低质量和固有的辐射耐受性，可能会实现新的任务概况和发射成本的降低。