德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE)的研究人员在光伏电池的能量转移效率方面创造了新的记录。68.9%的转换效率是迄今为止的最高记录。
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这一最新突破背后的科学家使用了III-V级半导体光伏电池，基于砷化镓(GaAs)，将其暴露在波长为858纳米的激光下。
这一令人印象深刻的结果表明，光伏发电不仅适用于太阳能可再生能源。由于转换效率的这一破纪录的进步，这种现象可能在未来用于其他无线电力传输应用。
在砷化镓衬底上生长光伏电池
该团队使用在砷化镓衬底上生长的光伏电池来展示其破纪录的能量转换效率。砷化镓是一种III-V直接带隙半导体，具有锌基晶体结构。
在选择砷化镓之前，研究小组研究了不同的薄膜光伏电池材料。欧洲杯足球竞彩电池的背表面反射由金和陶瓷和银的优化组合进行了研究。该团队为电池吸收器开发了一种n-GaAs/p-AIGaAs异质结构，并利用它的低载流子损失的重组。
砷化镓经常被用作其他III-V类半导体的外延生长的衬底材料，包括砷化镓。这就是研究人员在砷化镓衬底上培育光伏电池的方法。
砷化镓是一种高效的光伏电池材料，经常被用于研究目的。GaAs第一次作为高性能太阳能电池的实际应用是在NASA于1965年发射的Venera 3号任务中。NASA选择砷化镓太阳能电池是由于其在高温环境下的性能。
砷化镓可用于单晶薄膜光伏电池以及多结电池。
用薄膜进行纳米制造
研究人员从他们的光伏电池中移除砷化镓衬底，一旦它被外延生长。然后，一个薄膜，导电，高反射镜应用于剩余的超导体结构。
这种薄膜制造方法使最终的光伏电池具有最高的效率。在电池中，光子被捕获和吸收的光子能量是最高的接近带隙。这种薄膜镜在电池内部包含光子，使它们能够被回收，从而最大限度地转换能量。
用薄膜镜捕获靠近带隙的光子也可以通过热化和传输最大限度地减少能量损失。除了改善光电效应的性能，这也导致增加电压的电池，由于更长的有效载流子寿命。
太阳能以外的光电电池应用
利用太阳能电池产生可再生太阳能的光伏效应已被广泛应用。然而，这一最新能源转换效率突破背后的团队认为，光伏发电的应用范围超出了太阳能。
所谓的“光发电”可以通过空气或光纤将能量分配到光伏电池上。由于光可以以最小的能量损耗传播，能量可以以这种方式以最佳的效率长距离分布。
需要电隔离电源的应用，例如雷电保护或电磁兼容性，都可以受益于使用光学的无线电源传输。
光伏电池效率的发展使这些应用在几年内接近完全的概念实现。
参考资料及进一步阅读
赫尔默,亨宁等．（2021）.68.9%基于gaas的高效光子功率转换。理论物理。地位相当于当时RRL．(在线)https://doi.org/10.1002/pssr.202100113．
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