简析新原理太阳能电池

在“PVJapan2014”上，日本大阪大学产业科学研究所的研究员江村修一等人提出了倒霉用pn结的新原理的太阳能电池方案。理想环境下，这种太阳能电池的转换效率有望到达70～80％。

新原理的思路是，利用晶体内的极性，也便是自觉极化引发的内部电场梯度来疏散激子（成对的电子与空穴）。太阳能电池常用的质料Si没有极性，但不少化合物的晶体都具有强极性。当这些质料在内部电场梯度的作用下汲取光子生成激子后，电子与空穴将自觉性地疏散至差异偏向。根据具体假想，太阳能电池元件的布局是在InN层与电极之间夹入300nm～350nm厚、带隙为0.92eV的InGaN层。

对付一样平常的太阳能电池，疏散激子、使电子与空穴分别转移到差异电极是由pn结来完成的。而江村表现，只利用内部电场梯度疏散激子具有许多好处，此中最大的好处是可以大概淘汰电子与空穴的复合和热弛豫。

举例来说，一样平常的Si类太阳能电池为了提升光汲取率，仅活性层每每就到达数十μm乃至更厚。这使得大多数波长短、能量高的光子在远离pn结的地方就变成“热激子”，在抵达pn结疏散成电子和空穴之前，就已经因复合和热弛豫而孕育产生丧失。

已往的单结太阳能电池存在的问题是，波长短于带隙的光因热弛豫而丧失，而波长较长的光会产生透射，无法有效利用。这种征象被称作“Shockley-Queisserlimit”，干系到单结太阳能电池的最大性能。

而这次提出的新型太阳能电池的光活性层利用的InGaN的厚度为300nm～350nm。据江村介绍，InGaN差异于Si，属于直接迁移型，光汲取率高，“只需100nm左右的厚度就能汲取照射光芒的1/2”，300nm则可汲取大部门的光芒。相对付载流子的寿命，该层到电极的距离也比力短。因此“没有声子散射，也不产生热弛豫”。这就消除了决定“Shockley-Queisserlimit”的两大丧失缘故原由中的一个。

红外线等长波长电磁波的透射丧失依然存在。但是，议决控制InGaN中In的因素，使带隙缩小到0.92eV后，无法利用的红外线的能量比可以低沉到阳光团体的10％。

江村表现，虽然思量到这10％和光反射等造成的丧失，也可以使团体丧失低沉到20～30％。换言之，在理想环境下，可以大概实现转换效率为70～80％的太阳能电池。

但制止当下，这种太阳能电池还停顿在理论过程。江村表现，“以后就要实际制作元件并举行评估”。