Източник: solarindustrymag.com
Изследователи от Министерството на енергетиката на САЩНационална лаборатория за възобновяема енергия(NREL) създадоха слънчева клетка с рекордна ефективност от 39,5 процента при 1-глобално слънчево осветление. Това е слънчевата клетка с най-висока ефективност от всякакъв тип, измерена при стандартни 1- условия на слънце.
„Новата клетка е по-ефективна и има по-опростен дизайн, който може да бъде полезен за различни нови приложения, като приложения със силно ограничени площи или космически приложения с ниска радиация“, казва Майлс Щайнер, старши учен в отдела за висока ефективност на NREL. Crystalline Photovoltaics (PV) Група и главен изследовател на проекта. Работи заедно с колегите си от NREL Райън Франс, Джон Гайс, Тао Сонг, Уолдо Олавария, Мишел Йънг и Алън Киблер.
Подробности за разработката са описани в статията „Слънчеви клетки с троен възел с 39,5 процента наземна и 34,2 процента космическа ефективност, активирани от дебели суперрешетки на квантови ямки“, която се появява в майския брой на списанието Joule.
Учените от NREL преди това поставиха рекорд през 2020 г. с 39,2% ефективна слънчева клетка с шест връзки, използваща III-V материали.
Няколко от най-добрите скорошни слънчеви клетки са базирани на архитектурата на обърната метаморфна мултипреходна (IMM), която е изобретена в NREL. Тази наскоро подобрена IMM слънчева клетка с троен възел вече е добавена към таблицата за най-добра ефективност на изследователските клетки. Диаграмата, която показва успеха на експерименталните слънчеви клетки, включва предишния рекорд на IMM с три кръстовища от 37,9 процента, установен през 2013 г. от Sharp Corporation of Japan.
Подобряването на ефективността последва изследванията на слънчеви клетки с квантови ямки, които използват много много тънки слоеве, за да променят свойствата на слънчевите клетки. Учените разработиха слънчева клетка с квантова ямка с безпрецедентна производителност и я внедриха в устройство с три кръстовища с различни интервали, където всеки възел е настроен да улавя и използва различен отрязък от слънчевия спектър.
Материалите III-V, наречени така поради мястото, където попадат в периодичната таблица, обхващат широк спектър от енергийни интервали, които им позволяват да се насочат към различни части от слънчевия спектър. Горната връзка е направена от галиев индиев фосфид (GaInP), средата от галиев арсенид (GaAs) с квантови ямки, а дъното от несъответстващ на решетката галиев индиев арсенид (GaInAs). Всеки материал е силно оптимизиран в продължение на десетилетия на изследвания.
„Ключов елемент е, че докато GaAs е отличен материал и обикновено се използва в клетки с много връзки III-V, той няма съвсем правилната лента за клетка с три връзки, което означава, че балансът на фототокове между трите клетки не е оптимален. “, коментира Франция, старши учен и дизайнер на клетки. "Тук сме променили ширината на лентата, като същевременно поддържаме отлично качество на материала, като използваме квантови кладенци, което позволява това устройство и потенциално други приложения."
Учените са използвали квантови кладенци в средния слой, за да разширят лентата на GaAs клетката и да увеличат количеството светлина, което клетката може да абсорбира. Важно е, че те разработиха оптически дебели устройства с квантови ямки без голяма загуба на напрежение. Те също така се научиха как да отгряват горната клетка на GaInP по време на процеса на растеж, за да подобрят нейната производителност и как да сведат до минимум плътността на дислокацията на резбата в несъответстващи на решетката GaInAs, обсъждани в отделни публикации. Като цяло тези три материала дават информация за новия дизайн на клетките.
III-V клетките са известни със своята висока ефективност, но производственият процес традиционно е скъп. Досега клетките III-V са били използвани за захранване на приложения като космически спътници, безпилотни летателни апарати и други нишови приложения. Изследователите от NREL работят за драстично намаляване на производствените разходи на III-V клетки и осигуряване на алтернативни дизайни на клетки, което ще направи тези клетки икономични за различни нови приложения.
Новата клетка III-V също беше тествана за това колко ефективна ще бъде в космическите приложения, особено за комуникационни спътници, които се захранват от слънчеви клетки и за които високата ефективност на клетките е от решаващо значение и достигна 34,2 процента за началото на- измерване на живота. Настоящият дизайн на клетката е подходящ за среди с ниска радиация, а приложенията с по-висока радиация могат да бъдат активирани чрез по-нататъшно развитие на клетъчната структура.
NREL е основната национална лаборатория на Министерството на енергетиката на САЩ за изследвания и разработки за възобновяема енергия и енергийна ефективност. NREL се управлява за енергийния отдел от Alliance for Sustainable Energy LLC.
