光速光伏：68.9%！光伏电池效率再创世界记录

近日，Fraunhofer-ISE 研究人员在单色光下使用光伏电池获得了68.9%的转化效率，这是迄今为止在光能转化为电能方面获得的最高效率，世界记录被再次刷新。

68.9%的效率如何创造？

ISE使用了一种由砷化镓制成的薄光伏电池，并在半导体结构的背面上应用了几微米厚的高反射导电镜，组件在858纳米激光下照射。

砷化镓，由于其在元素周期表上的位置而得名为III-V太阳能电池，砷化镓GaAs电池一直被认为效率最高的光伏电池，其超高的光电转化效率让它在空间应用中常用。

图：砷化镓外延片

由于砷化镓高昂的制造成本，地面光伏电站极少使用。《全球光伏》关注到近两年NREL首创的一种称为动态氢化物气相外延（D-HVPE）的新生长技术大大缩短了制作太阳能电池的时间，有望带来工艺成本的大幅下降，让砷化镓电池成本的平民化看到了希望的曙光。

发电原理上，研究人员介绍，在光伏电池中，被电池结构吸收的光会释放正负电荷，这些电荷被传导到电池触点的背面和正面以产生电能。当入射光的能量略高于半导体材料固有的带隙能量时，便会产生光伏效应。因此，当单色激光作为光源与合适的半导体化合物材料匹配时，理论上可以实现高效率。

据了解，这种薄膜方法在效率方面有两个明显的优势。首先，光子被捕获在电池中，靠近带隙的光子能量得到最大化吸收，同时使得传输损耗最小化，使电池更高效。其次，通过辐射复合在内部额外产生的光子被捕获并有效回收，延长了有效载流子寿命，从而增加了额外电压。

关于Fraunhofer-ISE 研究所

Fraunhofer-ISE在光伏领域已经进行了40年的前沿研究，该研究所通过对不同类别材料的研究不断提高光伏电池效率，为降低太阳能发电的成本做出了重要贡献，目前拥有面积超过1000平方米的新型实验室。

为进一步减少光伏安装所需的面积和材料使用，Fraunhofer ISE专注于叠层光伏发电，通过选择性地结合不同的光伏电池材料来突破传统的效率限制。

2020年8月，Fraunhofer-ISE直接在晶硅表面生长的III-V/Si叠层光伏电池效率创下了25.9%的纪录；2021年4月，ISE开发了一种由III-V和硅半导体制成的新型单片叠层电池，创造了35.9%的效率记录。

目前，像钙钛矿这样的新材料也带来了新的发展机遇，ISE现在的重点是优化最有前途的光伏电池技术以达到高效率，并促进叠层光伏的大规模工业生产。