Nuwe sonselrekord – Nuwe sonselrekord

Gepubliseer op: 10 Augustus 2020 / Opdatering vanaf: 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 absorbeerder vir die infrarooi deel van die spektrum en lae III-V-halfgeleiers van 'n paar mikrometer dik word bo-op 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 galliumarseniedsubstraat 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 kan bewerkstellig.

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 meervoudige 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 sonselle te produseer. Fraunhofer ISE het byvoorbeeld sedert 2019 die wêreldrekord van 34,1 persent doeltreffendheid (nou 34,5 persent) vir 'n tandem-sonsel waarin die III-V-halfgeleierlae van 'n galliumarsenied-substraat na silikon oorgedra word, met die lae wat verbind word. deur 'n sogenaamde wafer bond. Hierdie tegnologie is doeltreffend maar duur. Om hierdie rede werk Fraunhofer ISE al vir baie jare aan meer direkte vervaardigingsprosesse waarin die III-V-lae op 'n silikonsonsel neergelê of geëpitakseer word. Hier is dit van kardinale belang om 'n hoë kristalkwaliteit van 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 gehou word, en is vereer met die Studentetoekenning in die kategorie Hibriede Tandem-sonselle. “Van buite af is die komplekse interne struktuur van die sel nie sigbaar nie, aangesien alle absorbeerders deur bykomende kristallae aan mekaar verbind is en elektries bedraad is,” verduidelik die jong sonselnavorser, wat sodoende die resultaat van sy werk van 24,3 tot 25,9 persent in minder as 'n jaar. "Hierdie sukses is behaal deur 'n enkele dun laag binne die veelvuldige selle te vervang," gaan hy voort. "'n Noukeurige ontleding van ons selle het aan die lig gebring dat hierdie laag 'n versperring tot 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, wat spesiale epitaksie-toerusting opstel en elke enkele laag van die struktuur ondersoek. Hierdie ontwikkelings is befonds deur die Duitse Federale Ministerie van Onderwys en Navorsing (BMBF) as deel van die "III-V-Si" en "MehrSi" projekte. 'n Besondere hoogtepunt van die nuwe tandem-sonsel is dat die III-V-lae nie op 'n chemies-meganies gepoleerde substraat gekweek is soos voorheen die geval was nie, maar op 'n silikonwafel wat, nadat die kristal gesaag is, in 'n eenvoudige proses behandel is. gebruik slegs goedkoop slyp- en etsprosesse. Binne die Europese projek "SiTaSol" het die Deense maatskappy Topsil hierdie silikonwafers ontwikkel en sodoende 'n belangrike stap in die rigting van 'n ekonomiese produksie van die nuwe multi-aansluiting sonselle gerealiseer. In die toekoms sal die doel wees om doeltreffendheid nog verder te verhoog en ook om die afsetting van die lae nog vinniger te realiseer, met hoër deurset en dus meer koste-effektief, met die doel dat tandem fotovoltaïese 'n belangrike bydrae tot die fotovoltaïese uitbreiding kan lewer nodig vir die energie-omkeer.

Sleuteltegnologie vir energiestelseltransformasie

In baie dele van die wêreld vandag is elektrisiteit van sonselle die goedkoopste vorm van energieopwekking. "Europese fotovoltaïese navorsing werk aan talle konsepte om die doeltreffendheid van hierdie sleuteltegnologie vir die energie-omkeer verder te ontwikkel," sê prof. dr. Stefan Glunz, hoof van die Fotovoltaïese Navorsingsafdeling. “Ons werk nie net daaraan om die produksie van silikonsonselle nog meer volhoubaar en kostedoeltreffend te maak nie, maar terselfdertyd breek ons ​​ook nuwe grond om die bewese silikon in kombinasie met ander halfgeleiermateriale tot selfs hoër doeltreffendheid te lei. . Ons bereik dit met tandem fotovoltaïese. Tandemfotovoltaïese maak nie net die weg oop na die toekoms van kragopwekking nie, hierdie sonselle is – vanweë hul hoër spanning – ook by uitstek geskik vir elektrolise, die direkte ontbinding van water in waterstof en suurstof. Hierdie tegnologie dra dus ook by tot die produksie van waterstof as 'n energiebergingsmedium en 'n belangrike bousteen vir die energie-omkeer.

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