蘭阿爾托大學(xué)(Aalto University)與西班牙加泰羅尼亞理工大學(xué)(Universitat Politecnica de Catalunya)的研究人員開發(fā)出了轉(zhuǎn)換效率高達(dá)22.1%的太陽能電池單元。據(jù)介紹，這是通過“黑硅”(Black Silicon)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。22.1%的轉(zhuǎn)換效率是由德國Fraunhofer ISE CalLab確認(rèn)的。該技術(shù)仍處于研發(fā)水平，不過，繼松下、夏普及Sunpower公司之后，轉(zhuǎn)換效率大幅超過20%的開發(fā)實(shí)例越來越多。

新開發(fā)的轉(zhuǎn)換效率為22.1%的太陽能電池單元(黑色部分)。單元面積為9cm2。(圖片由阿爾托大學(xué)提供)

此次這兩所大學(xué)開發(fā)的黑硅技術(shù)的要點(diǎn)是：(1)通過將表面加工成長度為0.8μm左右的劍山形狀，大幅減少了反射;(2)背面電極型;(3)在單元正面和背面形成防復(fù)合膜(鈍化膜)，從而減少了電子與空穴的載流子復(fù)合。

阿爾托大學(xué)從2012年前后開始開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。2012年10月達(dá)到了18.2%的轉(zhuǎn)換效率，2013年4月提高到了18.7%。此次的試制品將轉(zhuǎn)換效率又提高了3個百分點(diǎn)以上，達(dá)到22.1%。此次試制的太陽能電池單元比較大，面積為9cm2。

此次能大幅提高轉(zhuǎn)換效率的原因是，在單元表面形成防復(fù)合膜時，采用原子層沉積(atomic layer deposition：ALD)法形成了氧化鋁(Al2O3)層，并優(yōu)化了該層的厚度等，從而大幅減少了載流子復(fù)合。此次采用的是厚度為20nm的Al2O3層。

在高緯度地區(qū)也能高效發(fā)電

這種太陽能電池采用了獨(dú)特的表面加工技術(shù)，因此，在波長為500～800nm的范圍內(nèi)，電池表面的可見光反射率幾乎低于0.5%。開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的阿爾托大學(xué)教授Hele Savin表示，基于黑硅技術(shù)的太陽能電池非常適合在芬蘭等高緯度地區(qū)使用。原因是，雖然高緯度地區(qū)的太陽高度較低，但采用獨(dú)特的表面加工技術(shù)之后，從低角度入射的光線也很難被反射，因此可以更加有效地利用太陽光。論文中介紹稱，與額定轉(zhuǎn)換效率相同的普通太陽能電池相比，黑硅太陽能電池每天的發(fā)電量要高出3%。

順便一提，夏普采用與黑硅類似的技術(shù)，于2014年3月在1.9cm見方(3.6cm2)太陽能電池單元“BLACKSOLAR”上實(shí)現(xiàn)了25.1%的轉(zhuǎn)換效率。該公司2015年4月推出了采用BLACKSOLAR技術(shù)的光伏面板產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率為19.1%。

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