Allikas: solarindustrymag.com
USA energeetikaministeeriumi teadlasedRiiklik taastuvenergia labor(NREL) on loonud päikesepatarei rekordilise 39,5-protsendilise efektiivsusega 1-globaalse päikesevalguse tingimustes. See on kõige tõhusam mis tahes tüüpi päikesepatarei, mõõdetuna tavalistes 1-päikesetingimustes.
"Uus rakk on tõhusam ja lihtsama disainiga, mis võib olla kasulik paljude uute rakenduste jaoks, nagu näiteks väga piiratud alaga rakendused või vähese kiirgusega ruumirakendused," ütleb NRELi kõrge efektiivsusega osakonna vanemteadur Myles Steiner. Crystalline Photovoltaics (PV) rühm ja projekti peamine uurija. Ta töötas koos NREL-i kolleegide Ryan France'i, John Geiszi, Tao Songi, Waldo Olavarria, Michelle Youngi ja Alan Kibbleriga.
Arengu üksikasjad on välja toodud ajakirja Joule mai numbris ilmuvas dokumendis "Kolmeühendusega päikesepatareid 39,5-protsendilise maapealse ja 34,2-protsendilise ruumiefektiivsusega, mida võimaldavad paksud kvantkaevu supervõred".
NREL-i teadlased püstitasid varem rekordi 2020. aastal 39,2-protsendilise efektiivsusega kuue ühenduskohaga päikesepatareiga, mis kasutas III-V materjale.
Mitmed parimad hiljutised päikesepatareid on põhinenud ümberpööratud metamorfse mitmeühenduse (IMM) arhitektuuril, mis leiutati NREL-is. See äsja täiustatud kolmekordse ühendusega IMM päikesepatarei on nüüd lisatud parimate uurimiselementide tõhususe tabelisse. Eksperimentaalsete päikesepatareide edukust näitav diagramm sisaldab varasemat kolme ristmikuga IMM-i rekordit 37,9 protsenti, mille kehtestas 2013. aastal Jaapani Sharp Corporation.
Tõhususe paranemine järgnes "kvantkaevude" päikesepatareide uurimisele, mis kasutavad päikesepatareide omaduste muutmiseks palju väga õhukesi kihte. Teadlased töötasid välja enneolematu jõudlusega kvantkaevuga päikesepatarei ja rakendasid selle kolme erineva ribalaiusega ristmikuga seadmesse, kus iga ristmik on häälestatud päikesespektri erinevat lõiku püüdma ja kasutama.
III-V materjalid, mida nimetatakse perioodilisustabelis nende langemise tõttu, hõlmavad paljusid energiaribasid, mis võimaldavad neil sihtida päikesespektri erinevaid osi. Ülemine ühenduskoht on valmistatud gallium-indiumfosfiidist (GaInP), gallium-indium-arseniidi (GaAs) keskosa koos kvantsüvenditega ja põhi võrega mittesobivast galliumindiumarseniidist (GaInAs). Iga materjal on aastakümnete pikkuse uurimistöö jooksul väga optimeeritud.
"Võtmeelement on see, et kuigi GaAs on suurepärane materjal ja seda kasutatakse tavaliselt III-V mitmeühendusega rakkudes, ei ole sellel kolme ühenduskohaga elemendi jaoks päris õiget ribalaiust, mis tähendab, et fotovoolude tasakaal kolme elemendi vahel ei ole optimaalne. "kommenteerib Prantsusmaa vanemteadur ja rakudisainer. "Siin oleme muutnud ribalaiust, säilitades samal ajal suurepärase materjalikvaliteedi, kasutades kvantkaevu, mis võimaldab seda seadet ja potentsiaalselt muid rakendusi."
Teadlased kasutasid keskmises kihis kvantkaevu, et pikendada GaAs raku ribalaiust ja suurendada valguse hulka, mida rakk suudab neelata. Oluline on see, et nad töötasid välja optiliselt paksud kvantkaevuseadmed ilma suurema pingekadudeta. Samuti õppisid nad, kuidas GaInP ülemist rakku kasvuprotsessi ajal lõõmutada, et parandada selle jõudlust ja kuidas minimeerida keermestamise dislokatsiooni tihedust võrega mittevastavates GaInA-des, mida käsitleti eraldi väljaannetes. Kokkuvõttes annavad need kolm materjali uudsele rakukujundusele.
III-V rakud on tuntud oma kõrge efektiivsuse poolest, kuid tootmisprotsess on traditsiooniliselt olnud kallis. Seni on III-V elemente kasutatud selliste rakenduste toiteks nagu kosmosesatelliite, mehitamata õhusõidukeid ja muid niširakendusi. NREL-i teadlased on töötanud selle nimel, et III-V rakkude tootmiskulusid drastiliselt vähendada ja alternatiivseid rakukujundusi pakkuda, mis muudab need rakud mitmesuguste uute rakenduste jaoks ökonoomseks.
Uut III-V elementi testiti ka selle kohta, kui tõhus see oleks kosmoserakendustes, eriti sidesatelliitide puhul, mille toiteallikaks on päikesepatareid ja mille kõrge elemendi tõhusus on ülioluline. elu mõõtmine. Rakkude praegune disain sobib madala kiirgusega keskkondadesse ja raku struktuuri edasiarendamine võib võimaldada suurema kiirgusega rakendusi.
NREL on USA energeetikaministeeriumi esmane riiklik taastuvenergia ning energiatõhususe uurimis- ja arenduslabor. NREL-i haldab energiaosakonna jaoks Alliance for Sustainable Energy LLC.
