Nuwe sonselrekord – Nuwe sonselrekord

Gepubliseer op: 10 Augustus 2020 / Update van: 17 Augustus 2020 - Skrywer: Konrad Wolfenstein

Skakel oor na Engelse weergawe

Hoër doeltreffendheid in tandem – nuwe sonselrekord

Fotovoltaïese navorsing werk hard om die doeltreffendheid van sonselle verder te verhoog. Die fokus is toenemend op tandem-fotovoltaïese, waarin kragtige sonselmateriale in verskillende kombinasies bymekaar gebring word om die sonspektrum nog doeltreffender te gebruik wanneer lig in elektriese energie omgesit word. Fraunhofer ISE het nou 'n nuwe rekord van 25,9 persent doeltreffendheid aangeteken vir 'n III-V/Si tandem sonsel wat direk op silikon gekweek word. Dit is vir die eerste keer op 'n kostedoeltreffende silikonsubstraat vervaardig - 'n belangrike mylpaal op pad na ekonomiese oplossings vir tandemfotovoltaïese.

Verskeie III-V tandem sonselle op 'n silikon substraat met 'n deursnee van 10 cm - © Fraunhofer ISE - Foto: Markus Feifel

Die Fraunhofer Instituut vir Sonenergiestelsels ISE werk al vir baie jare aan veelvuldige sonselle, waarin twee of drie subselle bo-op mekaar gerangskik is om verskillende golflengtes van sonlig in elektrisiteit om te skakel. Silikon is geskik as 'n absorbeerder vir die infrarooi deel van die spektrum en lae III-V halfgeleiers 'n paar mikrometer dik word bo-op dit aangebring Dit is materiale uit groepe III en V van die periodieke tabel, wat ultraviolet, sigbare en naby-infrarooi lig meer doeltreffend in elektrisiteit loop. Suiwer III-V halfgeleier sonselle word reeds in die ruimte en in konsentrator fotovoltaïese gebruik. Deur meer koste-effektiewe prosesse in samewerking met silikon as die laagste sub-sel, behoort tandemtegnologie ook in die toekoms toeganklik gemaak te word vir breë fotovoltaïese. Daar lê egter nog 'n lang pad voor tot dan.

25,9 persent vir III-V/Si tandem sonselle wat direk op silikon gekweek word

Daar is verskillende benaderings om kombinasies van III-V en silikon sonselle te skep. Sedert 2019 het Fraunhofer ISE die wêreldrekordwaarde van 34,1 persent doeltreffendheid (nou 34,5 persent) gehou vir 'n tandem-sonsel waarin die III-V-halfgeleierlae van 'n galliumarsenied-substraat na silikon oorgedra word, met die lae wat deur 'n so -genaamd wafer -Bond is verbind. Hierdie tegnologie is doeltreffend maar duur. Fraunhofer ISE werk dus al vir baie jare aan meer direkte vervaardigingsprosesse waarin die III-V-lae op 'n silikonsonsel neergelê of geëpitaksaliseer word. Dit is van kardinale belang om hoë kristalgehalte in alle lae te handhaaf - 'n groot uitdaging. ’n Nuwe wêreldrekorddoeltreffendheid van 25,9 persent is nou behaal vir so ’n III-V/Si-tandemsonsel wat direk op silikon gekweek word. Fraunhofer ISE-wetenskaplike Markus Feifel kon onlangs sy sukses by die 47ste IEEE Fotovoltaïese Spesialiste-konferensie aanbied, wat soos baie konferensies tans aanlyn plaasvind, en is vereer met die Studentetoekenning in die Hibriede Tandem-sonselle-kategorie. "Die komplekse interne struktuur van die sel is nie van buite sigbaar nie, want al die absorbeerders is aan mekaar verbind en elektries verbind deur bykomende kristallae," verduidelik die jong sonselnavorser, wat die resultaat van sy werk van 24.3 tot 24.3 verhoog het. 25,9 persent in minder as 'n jaar kan verbeter. "Hierdie sukses is behaal deur 'n enkele dun laag binne die veelvuldige sel te vervang," verduidelik hy verder. "'n Noukeurige ontleding van ons selle het aan die lig gebring dat hierdie laag 'n versperring vir elektriese geleiding geskep het."

Die Fraunhofer-navorsers ontwikkel die tegnologie in klein stappe sedert 2007 saam met die TU Ilmenau, Philipps Univ. Marburg en die maatskappy Aixtron, is spesiale epitaksiestelsels opgestel en elke enkele laag van die struktuur is ondersoek. Hierdie ontwikkelings is befonds deur die Federale Navorsingsministerie BMBF as deel van die "III-V-Si" en "MehrSi" projekte. 'n Spesiale hoogtepunt van die nuwe tandem-sonsel is dat die III-V-lae nie op 'n chemies-meganies gepoleerde substraat gegroei is, soos voorheen die geval was nie, maar op 'n silikonwafel, wat nadat die kristal in 'n eenvoudige proses gesaag is deur slegs goedkoop slyp- en etsprosesse is behandel. As deel van die Europese “SiTaSol”-projek, het die Deense maatskappy Topsil hierdie silikonwafers ontwikkel en sodoende 'n belangrike stap geneem in die rigting van ekonomiese produksie van die nuwe meervoudige aansluiting sonselle. In die toekoms sal die doel wees om doeltreffendheid nog verder te verhoog en om die lae nog vinniger te deponeer, met hoër deurset en dus meer koste-effektief, met die doel om tandem fotovoltaïese 'n belangrike bydrae te lewer tot die fotovoltaïese wat nodig is vir die energie-oorgang - uitbreiding bereik kan word.

Sleuteltegnologie vir die energie-oorgang

Elektrisiteit uit sonselle is nou die goedkoopste vorm van energieopwekking in baie dele van die wêreld. "Europese fotovoltaïese navorsing het talle konsepte aan die gang om die doeltreffendheid van hierdie sleuteltegnologie vir die energie-oorgang verder te ontwikkel," sê prof. dr. Stefan Glunz, hoof van fotovoltaïese navorsing. »Ons werk nie net daaraan om die produksie van silikonsonselle nog meer volhoubaar en kostedoeltreffend te maak nie, maar ons ondersoek terselfdertyd nuwe maniere om die bewese silikon in kombinasie met ander halfgeleiermateriale te gebruik om selfs hoër doeltreffendheid te behaal. Ons kan dit bereik met tandem-fotovoltaïese.« Tandem-fotovoltaïese maak nie net die weg oop na die toekoms van elektrisiteitsopwekking nie, hierdie sonselle is - as gevolg van hul hoër spanning - ook ideaal vir elektrolise, die direkte ontbinding van water in waterstof en suurstof . Hierdie tegnologie dra dus ook by tot die produksie van waterstof as 'n energiebergingstoestel en 'n belangrike bousteen vir die energie-oorgang.

Laagstruktuur van die III-V/Si meervoudige aansluiting sonsel – © Fraunhofer ISE

Laagstruktuur van die III-V/Si multi-aansluiting sonsel, kwantumdoeltreffendheid en IV eienskappe onder AM 1.5g spektrale toestande

Hoër doeltreffendheid in tandem – nuwe sonselrekord

Fotovoltaïese navorsing werk hard om die doeltreffendheid van sonselle voortdurend te verhoog. Die fokus is toenemend op tandem-fotovoltaïese, waarin hoëprestasie-sonselmateriaal in verskeie kombinasies bymekaar gebring word om die sonspektrum nog meer doeltreffend te gebruik om lig in elektriese energie om te skakel. Fraunhofer ISE rapporteer nou 'n nuwe rekord doeltreffendheid van 25,9 persent vir 'n III-V/Si tandem sonsel wat direk op silikon gekweek word. Vir die eerste keer is dit op 'n laekoste silikonsubstraat vervaardig - 'n belangrike mylpaal op pad na ekonomiese oplossings vir tandemfotovoltaïese.

Verskeie III-V tandem sonselle op 'n silikon substraat met 10 cm deursnee – © Fraunhofer ISE – Foto: Markus Feifel

Die Fraunhofer Instituut vir Sonenergiestelsels ISE werk al vir baie jare aan multi-aansluiting sonselle waarin twee of drie gedeeltelike selle bo mekaar gerangskik is om verskillende golflengtes van sonlig in elektrisiteit om te skakel. Silikon is geskik as 'n absorbeerder vir die infrarooi deel van die spektrum, en lae III-V halfgeleiers, materiale uit groepe III en V van die periodieke tabel, wat die ultraviolet, sigbare en naby-infrarooi lig meer doeltreffend omskakel in elektrisiteit wat neergelê word op bo-op dit. Suiwer III-V halfgeleier sonselle word reeds in die ruimte en in konsentrator fotovoltaïese gebruik. Deur meer koste-effektiewe prosesse in kombinasie met silikon as die laagste sub-sel, sal die tandem-tegnologie in die toekoms toeganklik gemaak word vir breë-gebaseerde fotovoltaïese. Daar lê egter nog 'n lang pad voor tot dan.

25,9 persent vir III-V/Si tandem sonselle wat direk op silikon gekweek word

Daar is verskillende benaderings om kombinasies van III-V- en silikon-sonkragselle te produseer. Sedert 2019 het Fraunhofer ISE byvoorbeeld die wêreldrekord van 34,1 persent doeltreffendheid gehad (nou 34,5 persent) vir 'n tandem-sonkrag, waarin III-V-halfgeleierlae oorgedra word van 'n gallium-arseenied-substraat na silikoon, met die lae van die LIGG wat deur 'n sogenaamde Wafer-verband verbind is. Hierdie tegnologie is doeltreffend, maar duur. Om hierdie rede werk Fraunhofer ISE al baie jare aan meer direkte vervaardigingsprosesse waarin die III-V-lae afgesit of op 'n silikon-sonkrag is. Hier is dit uiters belangrik om 'n hoë kristalgehalte van alle lae te handhaaf - 'n groot uitdaging. 'N Nuwe wêreldrekorddoeltreffendheid van 25,9 persent is nou bereik vir so 'n III-V/SI-tandem-sonkrag wat direk op silikon gekweek is. Fraunhofer ISE -wetenskaplike Markus Feifel kon onlangs sy sukses op die 47ste IEEE Photovoltaïese spesialis -konferensie aanbied, wat, soos tans op die oomblik, vereer is met die studentetoekenning in die kategorie Hybrid Tandem Solar Cells. "Van buite is die ingewikkelde binneste struktuur van die sel nie sigbaar nie, aangesien alle absorgerers aan mekaar verbind is deur addisionele kristallae en elektries bedraad," verduidelik die jong sonkragnavorsing 25,9 persent in minder as 'n jaar. "Hierdie sukses is behaal deur 'n enkele dun laag in die veelvuldige sel te vervang," gaan hy voort. '' N Noukeurige ontleding van ons selle het aan die lig gebring dat hierdie laag 'n hindernis vir die kraglyn geskep het. '

In klein stappe ontwikkel die Fraunhofer -navorsers die tegnologie sedert 2007 verder in samewerking met die Tegniese Universiteit van Ilmenau, Philipps Univ. Marburg en die maatskappy Aixtron, stel spesiale epitaxy -toerusting op en ondersoek elke laag van die struktuur. Proefontwikkelings is deur die Duitse Federale Ministerie van Onderwys en Navorsing (BMBF) befonds as deel van die “III-V-SI” en “MeHRSI” -projekte. 'N Spesifieke hoogtepunt van die nuwe tandem-sonkrag is dat III-V-lae nie op 'n chemiese meganies gepoleerde substraat gekweek is soos voorheen die geval nie, maar op 'n silikonplaat wat, na die saag van die kristal, wat in 'n eenvoudige proses behandel is, slegs goedkoop slyp- en etsprosesse gebruik. Binne die Europese projek “Sitasol” het die Deense maatskappy Topsil silikonwafels ontwikkel en sodoende besef tot 'n belangrike stap na die ekonomiese produksie van die nuwe sonkragselle met 'n multi-aansluiting. In die toekoms sal die doel wees om die doeltreffendheid van wierook nog verder te maak, en om die afsetting van die lae selfs vinniger, met 'n hoë hoë deur en dus meer koste-fektiewe, te besef, met die doel dat tandem fotovoltaïese 'n ingevoerde bydrae kan lewer tot die fotovoltaïese uitbreiding wat nodig is vir die energie-omkeer.

Sleuteltegnologie vir energiestelseltransformasie

In baie dele van die wêreld is elektrisiteit van sonkrag die goedkoopste vorm van energieopwekking. "Europese fotovoltaïese navorsing werk aan talle konsepte om die doeltreffendheid van hierdie sleuteltegnologie vir die energiesommeer te ontwikkel," sê prof. Dr. Stefan Glunz, hoof van die fotovoltaïese navorsingsafdeling. “Ons werk nie net daaraan om die produksie van silikon-sonkragselle nog meer volhoubaar en koste-fffektief te maak nie, maar terselfdertyd breek ons ​​so 'n nuwe grond om die bewese silikon in kombinasie met ander halfgeleiermateriaal tot selfs hoër doeltreffendheid te lei. Die bereiking van dit met 'n tandem fotovoltaïese.

Laagstruktuur van die III-V/Si multi-aansluiting sonsel – © Fraunhofer ISE

Laagstruktuur van III-V/Si multi-aansluiting sonsel, kwantumdoeltreffendheid en IV eienskappe onder AM 1.5g spektrale toestande