硅亚带隙红外光伏响应及宽谱响应晶硅太阳电池研究
批准号:
62075044
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
陆明
依托单位:
学科分类:
光子与光电子器件
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陆明
中文摘要
由于硅元素的高丰度及环境友好特性、晶硅电池的高性能稳定性、其产业链的成熟性和业已形成的巨大产能,目前晶硅太阳电池占据了光伏市场80%以上的份额。这种统治地位在可预期的将来不会改变。但近年来随着减小光损失、电损失传统方法取得突破性进展,目前晶硅电池最高效率已趋近27%,正逐步靠近晶硅带隙(相应波长1100nm)所限的29-30%的理论效率极限。如何突破效率极限这个天花板,既是学术上的挑战,也是光伏产业进一步发展所需要解决的问题。当前主流电池包括晶硅电池均为“窄谱”光伏响应,即它们的响应范围集中在可见光区域(波长~390-760nm),而占太阳能40%以上的红外光无法被充分利用。本项目即以此为切入点,首先研究一种高效的晶硅亚带隙(波长>1100nm)红外响应电池,在此基础上,研究一种并联叠层的宽谱响应(波长390-2000nm)晶硅电池,为突破现有晶硅电池效率极限提供一种可行的借鉴方案。
英文摘要
Silicon (Si) is highly abundant and environmentally friendly, on the other hand, crystalline Si (c-Si) solar cells are of high efficiency, stable performance and possess mature industrial chain and huge capacity of production. All these make c-Si solar cells dominant in the current photovoltaic (PV) market with an over 80% market share. This dominant position will not be changed in the predictable future. However, due to the continuous effort to reduce optical and electric losses following the traditional methodology, the highest efficiency of c-Si solar cell is now close to 27%, and approaching the theoretical limit of 29-30% for the c-Si solar cell imposed by the c-Si bandgap width (equivalent to λ=1100nm). How to break the efficiency limit is both an academic challenge and a task that should be accomplished for the development of today’s PV industry. At present, mainstream solar cells including c-Si ones are of “narrow band” PV response, with their responses mainly in the visible region (=~390-760nm); the infrared light that takes more than 40% of the sun emission energy has not been well utilized. Aiming at this challenge, in this proposal, we will first study a high-efficiency surface-barrier Si solar cell with sub-bandgap infrared (λ>1100nm) PV response, and then study a broad band (λ=390-2000nm) PV responsive parallel tandem c-Si solar cell. The results of this proposal will offer a feasible approach that can be used to break the theoretical efficiency limit of c-Si solar cell.
目前包括主流硅基太阳电池在内的所有太阳电池,其光伏响应基本局限在以可见光为主的波长范围,而占据太阳发射光谱40%以上的红外光至今无法产生光伏应用。本项目针对该问题,并考虑到硅元素的高丰度特性以及现代硅工艺和产业链的成熟性,开展硅基亚带隙红外光伏响应研究,目标是通过和常规硅基太阳电池结合,实现一种宽谱的硅基太阳电池。与此同时,由于器件结构类似,还开展了硅基亚带隙红外光电探测研究,旨在面向国防应用的、可规模化生产的硅基微光夜视仪。重要成果包括1)研制成功基于肖特基结的硅基亚带隙红外光伏器件;2)通过多种加强能带弯曲的方法,提高电子隧穿效率,使红外光电转化效率显著增长,达到> 0.5% @1319 nm;3)发展了一种阻挡暗电流的方法,使得暗电流下降2个数量级,红外探测的比探测度达到1010-1011 Jones量级@1319 nm,已接近实用要求;4)利用纳米肖特基结阵列,大幅提高了硅基红外探测的响应度,达到~500mA/W@1319 nm。这些成果为最终实现转化效率>40%的超高效率宽谱光伏响应太阳电池提供了新的参考路径。同时,也为实现面向国防应用的硅基微光夜视成像提供了器件原理支持。另外,项目还支持了常规可见光响应单晶硅电池转化效率提升以及部分硅基材料发光增强的工作。项目执行期间,发表项目标注SCI论文12篇,投稿2篇。准备投稿1篇。申请专利5项。培养博士3人,硕士2人。国际学术会议报告2篇,国内学术会议报告3篇。经费使用合理、符合规定。
密堆积硅量子点薄膜材料的结构优化,发光和光伏特性及应用研究
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批准号:51472051
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项目类别:面上项目
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资助金额:83.0万元
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批准年份:2014
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负责人:陆明
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依托单位:
一种新型强吸光性晶体硅及其光伏结构研究
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批准号:61275178
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项目类别:面上项目
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资助金额:74.0万元
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批准年份:2012
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负责人:陆明
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依托单位:
金属氧化物的新型带隙调制及广谱光分解效应研究
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批准号:10974034
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项目类别:面上项目
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资助金额:38.0万元
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批准年份:2009
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负责人:陆明
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依托单位:
硅纳米晶光频转换增强及晶体硅电池光电转换效率的提高
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批准号:60878044
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2008
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负责人:陆明
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依托单位:
基于离子束刻蚀法的宽带连续可调谐半导体量子点光源
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批准号:60776038
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项目类别:面上项目
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资助金额:7.0万元
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批准年份:2007
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负责人:陆明
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依托单位:
离子束刻蚀生成的自组织半导体量子点:形貌调控及发光性质研究
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批准号:10374016
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项目类别:面上项目
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资助金额:27.0万元
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批准年份:2003
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负责人:陆明
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依托单位:
国内基金
海外基金