Ogniwa słoneczne III-V z rekordową wydajnością 31,1%

dodano: 2013-06-25 14:28 | aktualizacja: 2013-06-26 15:06
autor: Anita Dąbek | źródło: NREL

Krajowe Laboratorium Energetyki Odnawialnej (NREL) Departamentu Energetyki w Stanach Zjednoczonych ogłosiło rekord w wydajności konwersji na poziomie 31,1% dla dwuzłączowych ogniw słonecznych. Myles Steiner z NREL ogłosił nowy rekord w dniu 19 czerwca podczas 39. edycji IEEE Photovoltaic Specialists Conference w Tampa na Florydzie. Poprzedni rekord wynoszący 30,8% należał do Alta Devices.

Prosimy o wyłączenie blokowania reklam i odświeżenie strony.

Ogniwo tandemowe zostało wykonane z ogniwa InGaP na ogniwie GaAs. Ma powierzchnię około 0,25 cm2, a pomiarów dokonywano przy współczynniku AM1.5 i insolacji 1000 W/m2. Powstało w odwróconej konfiguracji, podobnie do opracowanego przez NREL metamorficznego wielozłączowego ogniwa słonecznego (IMM). Ogniwo zostało pokryte z przodu dwuwarstwową antyrefleksyjną powłoką, a z tyłu z odblaskową, złotą warstwą kontaktową.

Praca została wykonana w NREL w ramach Foundation Program to Advance Cell Efficiency (F-PACE) DOE, projektu SunShot Initiative Departamentu, który ma na celu zmniejszenie kosztów energii słonecznej do punktu, w którym może konkurować z innymi źródłami, w tym paliwami kopalnymi.

Na początku projekt F-PACE, który ma na celu wytworzenie ogniwa koncentratora o wydajności 48%, najlepsze jednozłączowe ogniwo GaAs NREL miało wydajność na poziomie 25,7%. Wynik ten został przebity przez inne laboratoria: Alta Devices ustanowiło szereg rekordów, zwiększając wydajność z 26,4% w 2010 roku do 28,8% w 2012 roku. Rekord Alta dla dwuzłączowych ogniw na poziomie 30,8% został osiągnięty zaledwie dwa miesiące temu.

- Historycznie, naukowcy zwiększali wydajność wielozłączowych ogniw przez stopniową poprawę jakości materiału i wewnętrznych właściwości elektrycznych złącz - i przez optymalizację zmiennych takich jak przerwy energetyczne i grubość warstw - powiedział Myles Steiner. Ale wewnętrzna optyka odgrywa niedocenianą rolę w wysokiej jakości ogniwach, które wykorzystują materiały z trzeciej i piątej kolumny układu okresowego pierwiastków - ogniwa III-V. - Celem naukowców tego projektu jest, aby zrozumieć i wykorzystać wewnętrzną optykę - powiedział.

Gdy następuje rekombinacja par elektron-dziura, dochodzi do emisji fotonu, a jeśli foton opuszcza ogniwo, można obserwować zjawisko luminescencji - to mechanizm, dzięki któremu pracuje dioda LED. W tradycyjnych ogniwach jednozłączowych GaAs większość fotonów jest wchłanianych w podłoże ogniwa i są one tracone. Bardziej optymalna konstrukcja ogniwa jest wtedy, gdy fotony mogą być ponownie absorbowane w ogniwie słonecznym, by tworzyć nowe pary elektron-dziura, co prowadzi do wzrostu napięcia i wydajności konwersji. W komórce wielozłączowej fotony mogą również ulec sprzężeniu do dolnego złącza przerwy energetycznej, generując dodatkowy prąd. Proces ten jest znany sprzężeniem świetlnym.

Badacze NREL poprawili wydajność ogniwa poprzez zwiększenie recyklingu fotonów w dolnym złączu GaAs za pomocą złotych kontaktów, które odbijają fotony z powrotem do ogniwa i przez umożliwianie znacznej części luminescencji z górnego złącza InGaP sprzężenia w złącze GaAs. Zarówno OCV, jak i prąd zwarciowy zostały zwiększone.

Krzemowe ogniwa słoneczne dominują obecnie na światowym rynku PV, ale naukowcy widzą możliwości dla nowych materiałów. Ogniwa koncentratora wysokiej wydajności wyposażone w soczewki, które zwiększają energię pozyskiwaną ze Słońca, przyciągają uwagę, ponieważ moduły wykazały wydajność na poziomie ponad 30%.

Materiał chroniony prawem autorskim - wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy.