Nuwe sonselrekord – Nuwe sonselrekord

Skakel oor na Engelse weergawe

Hoër doeltreffendheid in tandem – nuwe sonselrekord

Fotovoltaïese navorsing werk ywerig om die doeltreffendheid van sonselle voortdurend te verhoog. Tandem-fotovoltaïese prosesse kom toenemend in fokus, waar hoëprestasie-sonselmateriale op verskeie maniere gekombineer word om die sonspektrum selfs meer doeltreffend te benut in die omskakeling van lig na elektriese energie. Fraunhofer ISE het nou 'n nuwe rekorddoeltreffendheid van 25,9 persent aangeteken vir 'n III-V/Si-tandem-sonsel wat direk op silikon gekweek is. Dit was die eerste sel wat op 'n koste-effektiewe silikonsubstraat vervaardig is – 'n belangrike mylpaal op die pad na ekonomies lewensvatbare oplossings vir tandem-fotovoltaïese prosesse.

 

 

Die Fraunhofer Instituut vir Sonenergiestelsels (ISE) werk al jare lank aan multi-aansluiting sonselle, waarin twee of drie subselle bo-op mekaar gestapel word om verskillende golflengtes sonlig in elektrisiteit om te skakel. Silikon is geskik as 'n absorbeerder vir die infrarooi gedeelte van die spektrum, en dun lae III-V halfgeleiers, net 'n paar mikrometer dik, word daaroor aangebring. Hierdie materiale is van groepe III en V van die periodieke tabel en skakel ultraviolet-, sigbare en nabye-infrarooi lig meer doeltreffend om in elektrisiteit. Suiwer III-V halfgeleier-sonselle word reeds in die ruimte en in konsentrator-fotovoltaïek gebruik. Meer koste-effektiewe prosesse, gekombineer met silikon as die onderste subsel, is bedoel om hierdie tandemtegnologie in die toekoms toeganklik te maak vir wydverspreide fotovoltaïek. Daar is egter nog 'n lang pad om te gaan.

25,9 persent vir direk silikon-gekweekte III-V/Si tandem sonsel

Daar is verskillende benaderings tot die vervaardiging van kombinasies van III-V en silikon-sonselle. Sedert 2019 het die Fraunhofer ISE die wêreldrekorddoeltreffendheid van 34,1 persent (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 met 'n waferbinding aan mekaar gebind word. Hierdie tegnologie is doeltreffend, maar duur. Daarom werk die Fraunhofer ISE al jare aan meer direkte vervaardigingsprosesse waarin die III-V-lae op 'n silikon-sonsel neergelê of epitaksiaal gebind word. Die handhawing van hoë kristalgehalte in alle lae is hier van kritieke belang – 'n groot uitdaging. 'n Nuwe wêreldrekorddoeltreffendheid van 25,9 persent is nou behaal vir so 'n III-V/Si-tandem-sonsel wat direk op silikon gekweek word. Fraunhofer ISE-wetenskaplike Markus Feifel het onlangs sy sukses aangebied by die 47ste IEEE Photovoltaic Specialists Conference, wat, soos baie konferensies deesdae, aanlyn gehou word, en is vereer met die Studentetoekenning in die kategorie Hibriede Tandem-sonselle. "Die komplekse interne struktuur van die sel is nie van buite sigbaar nie, aangesien alle absorbeerders met mekaar verbind en elektries bedraad is deur verdere kristallae," verduidelik die jong sonselnavorser, wat sodoende die doeltreffendheid van sy werk van 24,3 tot 25,9 persent in minder as 'n jaar kon verbeter. "Hierdie sukses is behaal deur 'n enkele dun laag binne die multisel te vervang," gaan hy voort. "'n Noukeurige analise van ons selle het aan die lig gebring dat hierdie laag as 'n versperring vir elektriese geleiding opgetree het."

Sedert 2007 het Fraunhofer-navorsers, saam met die Tegniese Universiteit van Ilmenau, die Philipps Universiteit van Marburg en die maatskappy Aixtron, die tegnologie geleidelik ontwikkel, gespesialiseerde epitaksiestelsels gebou en elke individuele laag van die struktuur ondersoek. Hierdie ontwikkelings is befonds deur die Duitse Federale Ministerie van Onderwys en Navorsing (BMBF) binne die raamwerk 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 en meganies gepoleerde substraat gekweek is nie, soos voorheen die norm was, maar eerder op 'n silikonwafel. Nadat die kristal gesaag is, is die wafel behandel met behulp van 'n eenvoudige, koste-effektiewe slyp- en etsproses. Die Deense maatskappy Topsil het hierdie silikonwafels ontwikkel binne die raamwerk van die Europese "SiTaSol"-projek en sodoende 'n belangrike stap geneem in die rigting van die ekonomiese produksie van die nuwe multi-aansluiting-sonselle. In die toekoms sal die fokus wees op die verdere verhoging van doeltreffendheid en die selfs vinniger maak van die afsetting van die lae, met hoër deurset en dus meer koste-effektief, met die doel dat tandem-fotovoltaïese energie 'n belangrike bydrae kan lewer tot die fotovoltaïese uitbreiding wat nodig is vir die energie-oorgang.

Sleuteltegnologie vir die energie-oorgang

Elektrisiteit uit sonselle is tans die mees koste-effektiewe vorm van energieopwekking in baie dele van die wêreld. "Europese fotovoltaïese navorsing werk aan talle konsepte om die doeltreffendheid van hierdie sleuteltegnologie vir die energie-oorgang verder te verbeter," sê prof. dr. Stefan Glunz, hoof van fotovoltaïese navorsing. "Ons werk nie net daaraan om die produksie van silikon-sonselle selfs meer volhoubaar en koste-effektief te maak nie, maar verken ook nuwe weë om selfs hoër doeltreffendheid te bereik met bewese silikon in kombinasie met ander halfgeleiermateriale. Ons bereik dit met tandem-fotovoltaïese." Tandem-fotovoltaïese baan nie net die weg vir die toekoms van elektrisiteitsopwekking nie, maar hierdie sonselle is ook ideaal geskik – as gevolg van hul hoër spanning – vir elektrolise, die direkte splitsing van water in waterstof en suurstof. Hierdie tegnologie dra dus ook by tot die produksie van waterstof as 'n energiebergingsmedium en 'n belangrike boublok vir die energie-oorgang.

 

 

Laagstruktuur van die III-V/Si multi-aansluiting sonsel, kwantumdoeltreffendheid en IV-eienskap 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 prosesse, waarin hoëprestasie-sonselmateriale in verskeie kombinasies saamgevoeg word om die sonspektrum selfs meer doeltreffend te gebruik om lig in elektriese energie om te skakel. Fraunhofer ISE rapporteer nou 'n nuwe rekorddoeltreffendheid van 25,9 persent vir 'n III-V/Si-tandem-sonsel wat direk op silikon gekweek is. Vir die eerste keer is dit op 'n laekoste-silikonsubstraat vervaardig – 'n belangrike mylpaal op pad na ekonomiese oplossings vir tandem-fotovoltaïese prosesse.

 

 

Die Fraunhofer Instituut vir Sonenergiestelsels (ISE) werk al jare lank aan multi-aansluiting sonselle waarin twee of drie gedeeltelike selle bo mekaar gerangskik is om verskillende golflengtes 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 nabye-infrarooi lig meer doeltreffend in elektrisiteit omskakel, word bo-op dit neergelê. Suiwer III-V halfgeleier-sonselle word reeds in die ruimte en in konsentrator-fotovoltaïek gebruik. Deur meer koste-effektiewe prosesse in kombinasie met silikon as die laagste subsel, moet die tandemtegnologie in die toekoms toeganklik gemaak word vir breëbasis-fotovoltaïek. Daar is egter nog 'n lang pad om te loop tot dan.

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

Daar is verskillende benaderings om kombinasies van III-V en silikon-sonselle te produseer. Byvoorbeeld, sedert 2019 hou Fraunhofer ISE 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 deur 'n sogenaamde waferbinding verbind word. Hierdie tegnologie is doeltreffend, maar duur. Om hierdie rede werk Fraunhofer ISE al jare aan meer direkte vervaardigingsprosesse waarin die III-V-lae op 'n silikon-sonsel neergelê of geëpitaksialiseer word. Hier is dit van kardinale belang om 'n hoë kristalgehalte van alle lae te handhaaf – 'n groot uitdaging. 'n Nuwe wêreldrekorddoeltreffendheid van 25,9 persent is nou behaal vir so 'n III-V/Si-tandem-sonsel wat direk op silikon gekweek word. Fraunhofer ISE-wetenskaplike Markus Feifel kon onlangs sy sukses aanbied by die 47ste IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 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 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 kon verbeter. “Hierdie sukses is behaal deur 'n enkele dun laag binne die veelvuldige sel te vervang,” gaan hy voort. “'n Noukeurige analise van ons selle het aan die lig gebring dat hierdie laag 'n versperring vir die kraglyn geskep het.”

In klein treëtjies het die Fraunhofer-navorsers die tegnologie sedert 2007 verder ontwikkel in samewerking met die Tegniese Universiteit van Ilmenau, Philipps Univ. Marburg en die maatskappy Aixtron, deur spesiale epitaktiese toerusting op te stel en elke enkele laag van die struktuur te 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, na die saag van die kristal, in 'n eenvoudige proses behandel is met slegs goedkoop slyp- en etsprosesse. Binne die Europese projek "SiTaSol" het die Deense maatskappy Topsil hierdie silikonwafels ontwikkel en sodoende 'n belangrike stap in die rigting van 'n ekonomiese produksie van die nuwe multi-aansluiting-sonselle geneem. 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 eenhede 'n belangrike bydrae kan lewer tot die fotovoltaïese uitbreiding wat nodig is vir die energie-ommekeer.

Sleuteltegnologie vir energiestelseltransformasie

In baie dele van die wêreld vandag is elektrisiteit uit sonselle die goedkoopste vorm van energieopwekking. “Europese fotovoltaïese navorsing werk aan talle konsepte om die doeltreffendheid van hierdie sleuteltegnologie vir die energie-ommekeer verder te ontwikkel,” sê prof. dr. Stefan Glunz, hoof van die Fotovoltaïese Navorsingsafdeling. “Ons werk nie net daaraan om die produksie van silikon-sonselle selfs meer volhoubaar en koste-effektief 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. Tandem-fotovoltaïese maak nie net die weg oop na die toekoms van kragopwekking nie, hierdie sonselle is – as gevolg van hul hoër spanning – ook ideaal 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 boublok vir die energie-ommekeer.

 

 

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