Извор: солариндустримаг.цом
Истраживачи у Министарству енергетике САДНационална лабораторија за обновљиву енергију(НРЕЛ) су направили соларну ћелију са рекордном ефикасношћу од 39,5 процената под 1-сунчевим глобалним осветљењем. Ово је најефикаснија соларна ћелија било ког типа, мерена коришћењем стандардних 1-услова сунца.
„Нова ћелија је ефикаснија и има једноставнији дизајн који може бити користан за разне нове апликације, као што су апликације са веома ограниченим површинама или свемирске апликације са ниским зрачењем“, каже Мајлс Штајнер, виши научник у НРЕЛ-овом одељењу за високу ефикасност. Група Цристаллине Пхотоволтаицс (ПВ) и главни истраживач на пројекту. Радио је заједно са колегама из НРЕЛ-а Рајаном Франсом, Џоном Гајсом, Тао Сонгом, Валдом Олаваријом, Мишел Јанг и Аланом Киблером.
Детаљи развоја су наведени у раду „Соларне ћелије са троструким спојем са 39,5 процената земаљске и 34,2 процента свемирске ефикасности омогућене дебелим суперрешеткама квантних бунара“, који се појављује у мајском издању часописа Јоуле.
Научници НРЕЛ-а су претходно поставили рекорд 2020. године са 39,2 посто ефикасном соларном ћелијом са шест спојева која користи ИИИ-В материјале.
Неколико најновијих соларних ћелија засновано је на архитектури обрнуте метаморфне вишеспојнице (ИММ) која је измишљена у НРЕЛ-у. Ова ново побољшана ИММ соларна ћелија са троструким спојем је сада додата на Табелу ефикасности најбоље истраживачке ћелије. Графикон, који показује успех експерименталних соларних ћелија, укључује претходни ИММ рекорд са три споја од 37,9 одсто који је 2013. године успоставила Схарп Цорпоратион из Јапана.
Побољшање ефикасности уследило је након истраживања соларних ћелија "квантног бунара", које користе много веома танких слојева за модификацију својстава соларних ћелија. Научници су развили соларну ћелију квантног бунара са невиђеним перформансама и имплементирали је у уређај са три споја са различитим размацима појаса, где је сваки спој подешен да ухвати и користи другачији део сунчевог спектра.
ИИИ-В материјали, названи тако због тога где падају у периодичној табели, обухватају широк спектар енергетских размака који им омогућавају да циљају различите делове соларног спектра. Горњи спој је направљен од галијум индијум фосфида (ГаИнП), средина од галијум арсенида (ГаАс) са квантним бунарима, а дно од галијум индијум арсенида са неусклађеним решеткама (ГаИнАс). Сваки материјал је високо оптимизован током деценија истраживања.
„Кључни елемент је да иако је ГаАс одличан материјал и генерално се користи у ћелијама са више спојева ИИИ-В, он нема сасвим исправан појас за ћелију са три споја, што значи да равнотежа фотоструја између три ћелије није оптимална. “, коментарише Француска, виши научник и дизајнер ћелија. "Овде смо модификовали размак задржавајући одличан квалитет материјала коришћењем квантних бунара, што омогућава овај уређај и потенцијално друге апликације."
Научници су користили квантне бунаре у средњем слоју како би проширили појас ГаАс ћелије и повећали количину светлости коју ћелија може да апсорбује. Важно је да су развили оптички дебеле уређаје за квантне бунаре без већег губитка напона. Такође су научили како да жаре горњу ћелију ГаИнП током процеса раста да би побољшали њене перформансе и како да минимизирају густину дислокације навоја у ГаИнАс неусклађеним решеткама, о чему се говори у засебним публикацијама. Све у свему, ова три материјала дају информацију о новом дизајну ћелије.
ИИИ-В ћелије су познате по својој високој ефикасности, али је процес производње традиционално скуп. До сада су ИИИ-В ћелије коришћене за напајање апликација као што су свемирски сателити, беспилотне летелице и друге нишне апликације. Истраживачи у НРЕЛ-у раде на драстичном смањењу трошкова производње ИИИ-В ћелија и обезбеђивању алтернативних дизајна ћелија, што ће ове ћелије учинити економичнима за разне нове примене.
Нова ИИИ-В ћелија је такође тестирана колико би била ефикасна у свемирским апликацијама, посебно за комуникационе сателите, који се напајају соларним ћелијама и за које је висока ефикасност ћелија кључна и достигла је 34,2 одсто за почетак- мерење живота. Садашњи дизајн ћелије је погодан за окружења са ниским зрачењем, а примене са већим зрачењем могу бити омогућене даљим развојем ћелијске структуре.
НРЕЛ је примарна национална лабораторија Министарства енергетике САД за истраживање и развој обновљиве енергије и енергетске ефикасности. НРЕЛ-ом за Одељење за енергетику управља Аллианце фор Сустаинабле Енерги ЛЛЦ.
