Lähde: solarindustrymag.com
Yhdysvaltain energiaministeriön tutkijatKansallinen uusiutuvan energian laboratorio(NREL) ovat luoneet aurinkokennon, jonka hyötysuhde on ennätys 39,5 prosenttia 1-auringon globaalissa valaistuksessa. Tämä on kaikista tehokkain aurinkokenno, mitattuna tavallisilla 1-aurinko-olosuhteilla.
"Uusi kenno on tehokkaampi ja sen yksinkertaisempi rakenne, joka voi olla hyödyllinen useissa uusissa sovelluksissa, kuten erittäin rajoitettuissa sovelluksissa tai vähän säteilyä aiheuttavissa avaruussovelluksissa", sanoo Myles Steiner, vanhempi tutkija NREL:n High-Efficiency -tutkimuksesta. Crystalline Photovoltaics (PV) -ryhmä ja hankkeen päätutkija. Hän työskenteli NREL-kollegoiden Ryan Francen, John Geiszin, Tao Songin, Waldo Olavarrian, Michelle Youngin ja Alan Kibblerin kanssa.
Kehityksen yksityiskohdat on hahmoteltu Joule-lehden toukokuun numerossa ilmestyvässä paperissa "Kolmiliitosaurinkokennot, joissa 39,5 prosenttia maanpäällisiä ja 34,2 prosenttia avaruustehokkuutta mahdollistavat paksujen kvanttikuivon superhilojen".
NREL-tutkijat tekivät aiemmin ennätyksen vuonna 2020 39,2 prosentin teholla kuuden liitoksen aurinkokennolla käyttäen III-V-materiaaleja.
Useat parhaista viimeaikaisista aurinkokennoista ovat perustuneet NREL:ssä keksittyyn käänteiseen metamorfiseen moniliitosarkkitehtuuriin (IMM). Tämä hiljattain parannettu kolminkertainen IMM-aurinkokenno on nyt lisätty Best Research-Cell Efficiency Chart -taulukkoon. Kokeellisten aurinkokennojen menestystä osoittava kaavio sisältää aiemman kolmen liitoskohdan IMM-ennätyksen 37,9 prosenttia, jonka japanilainen Sharp Corporation teki vuonna 2013.
Tehokkuuden parantuminen seurasi "kvanttikuoppa"-aurinkokennojen tutkimusta, jotka käyttävät monia erittäin ohuita kerroksia aurinkokennojen ominaisuuksien muokkaamiseen. Tiedemiehet kehittivät ennennäkemättömän suorituskyvyn omaavan kvanttikuivon aurinkokennon ja toteuttivat sen laitteeksi, jossa oli kolme liitoskohtaa erilaisilla kaistanvälillä, jossa jokainen risteys on viritetty kaappaamaan ja hyödyntämään erilaista siivua aurinkospektristä.
III-V-materiaalit, jotka on nimetty siten, koska ne ovat jaksollisessa taulukossa, kattavat laajan valikoiman energiakaistaväliä, joiden avulla ne voivat kohdistaa auringon spektrin eri osiin. Yläristeys on valmistettu galliumindiumfosfidista (GaInP), galliumarsenidista (GaAs) ja pohja on kvanttikuopat ja pohja hila-indiumarsenidista (GaInAs). Jokainen materiaali on erittäin optimoitu vuosikymmenien tutkimuksen aikana.
"Avaintekijä on, että vaikka GaAs on erinomainen materiaali ja sitä käytetään yleisesti III-V-moniliitoskennoissa, sillä ei ole aivan oikeaa kaistaväliä kolmiliitoskennolle, mikä tarkoittaa, että valovirtojen tasapaino kolmen kennon välillä ei ole optimaalinen. ", kommentoi Ranska, vanhempi tutkija ja solusuunnittelija. "Tässä olemme modifioineet bandgappia säilyttäen samalla erinomaisen materiaalin laadun käyttämällä kvanttikuivoja, mikä mahdollistaa tämän laitteen ja mahdollisesti muut sovellukset."
Tutkijat käyttivät keskikerroksen kvanttikuoppia laajentamaan GaAs-kennon kaistanväliä ja lisäämään solun absorboiman valon määrää. Tärkeää on, että he kehittivät optisesti paksuja kvanttikuivolaitteita ilman suurta jännitehäviötä. He oppivat myös hehkuttamaan GaInP-yläsolun kasvuprosessin aikana sen suorituskyvyn parantamiseksi ja miten minimoida kierteitystiheys ristikko-epäsovitetuissa GaInA:issa, joista on keskusteltu erillisissä julkaisuissa. Kaiken kaikkiaan nämä kolme materiaalia kertovat uudesta solusuunnittelusta.
III-V kennot tunnetaan korkeasta hyötysuhteestaan, mutta valmistusprosessi on perinteisesti ollut kallis. Toistaiseksi III-V-kennoja on käytetty virtalähteenä sovelluksissa, kuten avaruussatelliiteissa, miehittämättömissä ilma-aluksissa ja muissa niche-sovelluksissa. NREL:n tutkijat ovat työskennelleet vähentääkseen dramaattisesti III-V-kennojen valmistuskustannuksia ja tarjotakseen vaihtoehtoisia kennomalleja, mikä tekee näistä kennistä taloudellisia useisiin uusiin sovelluksiin.
Uusi III-V kenno testattiin myös sen tehokkuuden suhteen avaruussovelluksissa, erityisesti viestintäsatelliiteilla, jotka saavat virtansa aurinkokennoista ja joille korkea kennojen hyötysuhde on ratkaisevan tärkeää. elämän mittaus. Tämänhetkinen kennon rakenne soveltuu matalan säteilyn ympäristöihin, ja korkeamman säteilyn sovelluksia voidaan mahdollistaa solurakenteen edelleen kehittämisellä.
NREL on Yhdysvaltain energiaministeriön ensisijainen kansallinen uusiutuvan energian ja energiatehokkuuden tutkimuksen ja kehityksen laboratorio. Alliance for Sustainable Energy LLC hoitaa NREL:ää energiaosastolle.
