■Fraunhofer ISE研究團隊使用基于砷化鎵的新型薄膜光伏電池在單色激光下實現了創紀錄的 68.9%轉換效率（來源：Henning Helmers）
目前，太陽能電池設備普遍安裝在屋頂和開放空間。近日，來自德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所（Fraunhofer ISE）的研究人員，在第48屆IEEE光伏專家會議上宣布了其最新的研究成果。該研究團隊通過激光技術，成功將光伏電池的光電轉換效率提升至68.9%，這一紀錄也打破了先前的任何數據。
研究人員的這項發現，將為生產高效光伏電池提供了技術支持。在專家會議上，研究團隊展示所使用的單色激光工藝技術。項目研發過程中，研究團隊使用了砷化鎵制成的非常薄的光伏電池，并在其背面裝載了高反射率導電鏡。
光伏電池的作用是將光能轉化為電能。入射光在由砷化鎵半導體材料制成的電池結構中被吸收，吸收的光使正負電荷釋放，然后傳導到前后電池觸點從而產生電能。當入射光的能量略高于半導體材料的固有帶隙能量時“光伏效應”就發揮作用了。因此，當作為光源的單色激光器與合適的半導體化合物材料相結合時，理論上是可以產生非常高的光電轉換效率。
在這種稱為光能的新型能量傳輸中，激光能量通過空氣或光纖傳輸到光伏電池，其特性與單色激光的功率和波長相匹配。與傳統的銅線電力傳輸相比，光伏系統供電尤其適用于需要電隔離電源、防雷或防爆、電磁兼容性或完全無線電力傳輸應用等場景。
■Henning Helmers博士
Fraunhofer ISE研究人員借助858nm激光器照射，使基于砷化鎵的III-V族半導體光伏電池實現了創紀錄的68.9%轉換效率。這也是迄今為止光伏電池的最高轉換效率。這一成功得益于特殊薄膜技術，其中光伏電池層首先在砷化鎵基板上生長，然后被移除。
“這種薄膜方法在效率方面有兩個明顯的優勢，”Fraunhofer ISE研究團隊負責人、物理學家 Henning Helmers博士解釋說，“首先，光子被‘困’在電池中，對于靠近帶隙的光子能量實現了最大化吸收，同時也最大限度減少了熱化和傳輸損失，使電池更高效。其次，電池內部通過輻射復合產生的額外光子，也被捕獲并有效回收。這樣就延長了有效載流子壽命，從而額外增加了電壓。”
期間，研究團隊還對比研究了背面反射器由金制成以及陶瓷和銀的光學優化組合的的薄膜光伏電池，后者顯示了更好的結果。此外，研究團隊還開發了n-GaAs/p-AlGaAs異質結構作為吸收體，由于復合作用顯示出極低的電荷載流子損失。
Fraunhofer ISE研究所所長Andreas Bett教授表示：“這是一個令人印象深刻的結果，顯示了光伏電池用作太陽能發電以外的工業應用前景。光電傳輸具有多種應用，例如風力渦輪機的結構監測；高壓線、飛機油箱中的燃料傳感器或無源光網絡的監控；來自體外的植入物的光供應；或用于物聯網應用的無線電源，未來也將大有可為。
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