Šaltinis: solarindustrymag.com
JAV Energetikos departamento mokslininkaiNacionalinė atsinaujinančios energijos laboratorija(NREL) sukūrė saulės elementą, kurio efektyvumas yra rekordinis 39,5 proc., esant 1-pasauliniam saulės apšvietimui. Tai efektyviausias bet kokio tipo saulės elementas, matuojamas naudojant standartines 1-saulės sąlygas.
„Naujoji ląstelė yra efektyvesnė ir paprastesnio dizaino, kuris gali būti naudingas įvairioms naujoms programoms, pvz., labai riboto ploto programoms arba mažos spinduliuotės erdvėms“, - sako Mylesas Steineris, NREL didelio efektyvumo vyresnysis mokslininkas. Crystalline Photovoltaics (PV) grupė ir pagrindinis projekto tyrėjas. Jis dirbo kartu su NREL kolegomis Ryan France, John Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle Young ir Alanu Kibbleriu.
Išsami informacija apie plėtrą aprašyta dokumente „Trigubos jungties saulės elementai, kurių 39,5 proc. antžeminės ir 34,2 proc. erdvės efektyvumas, kurį įgalina storos kvantinių šulinių supergardelės“, kuris pasirodo žurnalo „Joule“ gegužės mėnesio numeryje.
NREL mokslininkai anksčiau pasiekė rekordą 2020 m. su 39,2 procento efektyvumu šešių jungčių saulės elementu, naudojant III-V medžiagas.
Keletas geriausių pastarojo meto saulės elementų buvo pagrįsti apverstos metamorfinės kelių jungčių (IMM) architektūra, kuri buvo išrasta NREL. Šis naujai patobulintas trijų jungčių IMM saulės elementas dabar įtrauktas į geriausių tyrimų elementų efektyvumo diagramą. Lentelėje, kurioje parodyta eksperimentinių saulės elementų sėkmė, įtrauktas ankstesnis trijų jungčių IMM rekordas – 37,9 proc., kurį 2013 m. nustatė Japonijos „Sharp Corporation“.
Efektyvumas pagerėjo po „kvantinių šulinių“ saulės elementų, kuriuose saulės elementų savybėms modifikuoti naudojama daug labai plonų sluoksnių, tyrimai. Mokslininkai sukūrė precedento neturintį kvantinio šulinio saulės elementą ir įdiegė jį į įrenginį su trimis jungtimis su skirtingomis juostomis, kur kiekviena jungtis sureguliuojama taip, kad užfiksuotų ir panaudotų skirtingą saulės spektro dalį.
III-V medžiagos, taip pavadintos dėl to, kur jos patenka į periodinę lentelę, apima daugybę energijos diapazonų, leidžiančių joms nukreipti į skirtingas saulės spektro dalis. Viršutinė jungtis sudaryta iš galio indžio fosfido (GaInP), vidurinė galio arsenido (GaAs) su kvantinėmis šulinėmis, o apačia iš galio indžio arsenido (GaInAs), nesuderinamo su gardelėmis. Kiekviena medžiaga buvo labai optimizuota per dešimtmečius trukusių tyrimų.
"Pagrindinis elementas yra tai, kad nors GaAs yra puiki medžiaga ir paprastai naudojamas III-V daugiasluoksnėse ląstelėse, ji neturi pakankamai tinkamo juostos tarpo trijų jungčių elementams, o tai reiškia, kad fotosrovių pusiausvyra tarp trijų elementų nėra optimali. “, - komentuoja Prancūzija, vyresnysis mokslininkas ir ląstelių dizaineris. "Čia mes pakeitėme juostos tarpą, išlaikydami puikią medžiagų kokybę, naudodami kvantinius šulinius, kurie leidžia naudoti šį įrenginį ir galbūt kitas programas."
Mokslininkai naudojo kvantinius šulinius viduriniame sluoksnyje, kad padidintų GaAs ląstelės pralaidumą ir padidintų šviesos kiekį, kurį ląstelė gali sugerti. Svarbu tai, kad jie sukūrė optiškai storus kvantinių šulinių įrenginius be didelių įtampos nuostolių. Jie taip pat išmoko, kaip atkaitinti GaInP viršutinę ląstelę augimo proceso metu, kad pagerintų jos veikimą ir kaip sumažinti sriegimo išnirimo tankį tinklelio nesuderintuose GaInAs, aptartus atskiruose leidiniuose. Iš viso šios trys medžiagos informuoja apie naują ląstelių dizainą.
III-V elementai yra žinomi dėl didelio efektyvumo, tačiau gamybos procesas tradiciškai buvo brangus. Iki šiol III-V elementai buvo naudojami maitinti tokias programas kaip kosminiai palydovai, nepilotuojami orlaiviai ir kitos nišos. NREL tyrėjai stengėsi drastiškai sumažinti III-V elementų gamybos sąnaudas ir pasiūlyti alternatyvius ląstelių dizainus, dėl kurių šios ląstelės bus ekonomiškos įvairioms naujoms programoms.
Taip pat buvo išbandytas naujasis III-V elementas, kurio efektyvumas būtų naudojamas kosmose, ypač ryšių palydovuose, kurie maitinami saulės elementais ir kuriems itin svarbus didelis elementų efektyvumas. gyvenimo matavimas. Dabartinis elemento dizainas tinka mažos spinduliuotės aplinkai, o didesnės spinduliuotės taikymas gali būti įgalintas toliau plėtojant ląstelės struktūrą.
NREL yra JAV Energetikos departamento pagrindinė nacionalinė atsinaujinančios energijos ir energijos vartojimo efektyvumo tyrimų ir plėtros laboratorija. NREL Energetikos departamentui valdo Alliance for Sustainable Energy LLC.
