Uus päikeseelementide rekord - uus päikeseelementide kirje

Avaldatud: 10. august 2020 / Uuendus: 17. august 2020 - autor: Konrad Wolfenstein

Lülitage ingliskeelsele versioonile

Suurem efektiivsus paralleelselt - uue päikeseelemendi rekord

Fotogalvaanilised uuringud taasesitavad, et veelgi suurendada päikeserakkude efektiivsust. Tandem -fotogalvaanilised ained on üha enam keskendunud, kus võimsad päikeseelemendi materjalid ühendatakse erinevates kombinatsioonides, et kasutada päikese spektrit veelgi tõhusamalt, kui valguse elektrienergiaks muundaks. Fraunhoferi ISE-l on nüüd 25,9-protsendiline efektiivsus III-V/SI tandemsolaarse raku uus rekord, mida kasvatatakse otse räni. See toodeti esmakordselt odava räni substraadi jaoks-oluline verstapost, mis on suunatud tandem-fotogalvaanide majanduslahenduste poole.

Mitmed III-V tandemsolaarsed raku räni substraadil, mille läbimõõt on 10 cm- © Fraunhofer ISE-Photo: Markus Feifel

Fraunhoferi päikeseenergia süsteemide instituut ISE on töötanud mitu aastat mitmel päikeseelemendil, kus kaks või kolm alarakku on paigutatud üksteise peale, et muuta päikesevalguse erinevad lainepikkused elektriks. Siliklicum sobib spektri infrapunaosakaalu jaoks absorbeerijana ja rakendatakse III-V-kaelaredede õhukeste kihtide mõned mikromeetrid, need on perioodilise süsteemi III ja V materjalid, mis muudavad ultraviolettkiirguse, nähtava ja lähedase infrapuna valguse elektrienergiaks. Puhta III-V pooljuhtide päikeseelemente kasutatakse juba kosmoses ja kontsentraatori fotogalvaanides. Tulevikus tehakse tandem-tehnoloogia ka laiapõhjalistele fotogalvaanidele juurdepääsetavaks kulutõhusate protseduuride kaudu suhtlemisel räniga kui madalaima alarakuga. Kuni selle ajani on see siiski pikk tee.

25,9 protsenti III-V/Si tandemsolaarse raku kohta, mida kasvatatakse otse räniumil

III V ja räni päikeserakkude kombinatsioonide loomiseks on erinevaid lähenemisviise. Alates 2019. aastast on Fraunhofer hoidnud maailmarekordi väärtust 34,1-protsendiline efektiivsus (uus 34,5 protsenti) tandem-päikeseelemendi jaoks, milles III-V pooljuhtide kihid kantakse galliumraseniidi substraadist räniga, kihid on ühendatud nn vahvlsidemega. See tehnoloogia on tõhus, kuid kallis. Seetõttu on Fraunhofer ISE töötanud aastaid otsesemate tootmisprotsesside kallal, kus III-V kihid eraldatakse või epitaksitakse räni päikeseelemendil. Kõigi kihtide kõrge kristallkvaliteedi saamine on ülioluline - suur väljakutse. Sellise III-V/SI tandemsolaarse raku jaoks, mis kasvas otse räniumil, on nüüd saavutatud uus maailmarekordi tõhusus. Fraunhofer ISe teadlane Markus Feifel esitas hiljuti oma edu 47. IEEE fotogalvaaniliste spetsialistide konverentsil, mis, nagu paljud konverentsid, toimub praegu võrgus ja teda austati tudengiauhinnaga kategoorias Hybriid tandemsolaarsed rakud. "Väljastpoolt ei ole raku keeruline sisemine struktuur nähtav, kuna kõik absorbeerijad on ühendatud ja elektriliselt ühendatud täiendavate kristallkihtidega," selgitab noor päikeseraku uurija, kes suutis oma töö tulemust parandada 24,3 -lt 25,9 protsendile vähem kui ühe aasta jooksul. "See edu oli edukas, vahetades mitme raku sees ühe õhukese kihi," selgitab ta. "Meie rakkude hoolikas analüüs näitas, et see kiht viis elektriliini tõkkeni."

Väikestes sammudes on Fraunhoferi teadlastel olnud tehnoloogia alates 2007. aastast koos Tu Ilmenauga, Philipps Univ. Marburg ja Aixtron Company arendasid edasi, asutasid spetsiaalsed epitaxia süsteemid ja uurisid iga konstruktsiooni kihti. Neid arenguid rahastas föderaalne teadusministeerium BMBF osana projektidest "III-V-SI" ja "Mehrsi". Uue tandem-päikeseelemendi eriline esiletõst on see, et III-V kihid ei kasvatatud nagu tavaliselt keemiliselt mehaaniliselt poleeritud substraadil, vaid räni vahvlil, mida töödeldi ainult lihtsas protsessis pärast kristalli saatmist, kasutades odavaid lihvimisprotsesse. Euroopa Sitasoli projekti raames oli Taani ettevõte Topsil selle räni-waferi välja töötanud ja mõistnud olulist sammu uute mitme päikeseelemendi majandusliku tootmise suunas. Tulevikus seisneb see tõhususe suurendamine veelgi kaugemale ja kihtide lahutus veelgi kiiremini, suurema läbilaskevõimega ja seega kulutõhusamaga, eesmärgiga, et tandem-fotogalvaaniline võib anda olulise panuse energiasiirde jaoks vajaliku fotogalvaanilise perioodi jaoks.

Energia ülemineku põhitehnoloogia

Päikeserakkude elekter on tänapäeva maailmas kõige odavam energiatootmise vorm. "Euroopa fotogalvaanilistel uuringutel on palju kontseptsioone, et arendada selle võtmetehnoloogia efektiivsust veelgi energia ülemineku jaoks," ütles fotogalvaanilise uurimistöö juht dr Stefan Glunz. »Me ei tööta mitte ainult selle nimel, et muuta räni päikesepatareide tootmine veelgi jätkusuutlikumaks ja odavamaks, vaid ka uue pinnase purustamiseks, et viia tõestatud räni seoses teiste pooljuhtmaterjalidega veelgi suurema tõhususeni. Meil õnnestub tandem -fotogalvaanidega. «Tandem Fotogalvaaniline ei ava mitte ainult teed elektrienergia tootmise tulevikuni, vaid need päikesepatareirakud on oma kõrgema pingega, mis sobib ka ideaalselt elektrolüüsiks, vee otsene lagunemine vesinikku ja hapnikku. See tehnoloogia annab panuse ka vesiniku ekstraheerimisse kui energiasäästu ja olulise ehitusploki energia üleminekuks.

III-V/SI slaidistruktuur mitme päikeseelemendiga © Fraunhofer ISE

III-V/Si mitme päikeseelemendi, kvanttõhususe ja IV omaduste latio struktuur 1,5 g spektraaltingimustes

Suurem efektiivsus paralleelselt - uue päikeseelemendi rekord

Fotogalvaaniliste uuringute uurimine teeb kõvasti tööd päikeserakkude efektiivsuse pidevaks suurendamiseks. Üha enam keskendutakse tandem-fotogalvaanidele, kus suure jõudlusega päikeseelemendi materjalid on erinevates kombinatsioonides kokku, et päikesespektrit veelgi tõhusamalt kasutada valguse elektrienergiaks muutmisel. Fraunhofer ISE teatab nüüd uue rekordilise efektiivsusest 25,9 protsenti III-V/Si tandemi päikeseelemendist, mida kasvatatakse otse räni. Esmakordselt toodeti see odava räni substraadi jaoks-oluline verstapostid, mis on suunatud tandem-fotogalvaanide ökonoomsete lahenduste poole.

Mitmed III-V tandem-päikeserakud räni substraadil 10 cm läbimõõduga © Fraunhofer ISE-Photo: Markus Feifel

Fraunhoferi päikeseenergia süsteemide instituut ISE on mitu aastat töötanud mitme ristmikega päikesepatareidega, kus kaks või kolm osalist rakku on paigutatud üksteise kohal, et muuta päikesevalguse erinevad lainepikkused elektriks. Räni on sobiv kui spektri infrapunaosa absorbeerija ning III-V pooljuhtide kihid, perioodilise tabeli III ja V materjalid, mis muudavad ultraviolettkiirguse, nähtava ja lähedase valguse tõhusamalt elektri, on selle peal. Puhta III-V pooljuhtide päikeseenergia rakke kasutatakse juba kosmoses ja kontsentraatori fotogalvaanilises. Kuluefektiivsemate protsesside kaudu koos räni kui madalaima alarakuga tuleb tandem-tehnoloogia tulevikus teha laiapõhjalistele fotogalvaanidele kättesaadavaks. Kuni selle ajani on siiski veel pikk tee minna.

25,9 protsenti III-V/Si tandemi päikeserakkude kohta, mida kasvatatakse otse ränil

III-V ja räni päikeserakkude kombinatsioonide tootmiseks on erinevad lähenemisviisid. Näiteks alates 2019. aastast pidas Fraunhofer ISE maailmarekordit 34,1-protsendilist efektiivsust (nüüd 34,5 protsenti) tandem-päikeseelemendi jaoks, milles III-V pooljuhtide kihid kantakse galliumraseniidi substraadist silikoonist, koos LIGG-i kihtidega, mis on ühendatud nn-vahvli sidemega. See tehnoloogia on tõhus, kuid kallis. Sel põhjusel on Fraunhofer ISE töötanud aastaid otsesemate tootmisprotsesside kallal, kus III-V kihid ladestatakse või epitaksitakse räni päikeseelemendile. Siin on ülioluline säilitada kõigi kihtide kõrge kristallkvaliteet - see on suur väljakutse. Sellise III-V/SI tandemi päikeseelemendi jaoks, mida kasvatatakse otse räni peal, on saavutatud uus maailmarekordi efektiivsus 25,9 protsenti. Fraunhofer ISE teadlane Markus Feifel suutis hiljuti esitada oma edu 47. IEEE fotogalvaaniliste spetsialistide konverentsil, mis nagu praegu paljudel konverentsidel, ja teda austati õpilaste auhinnaga kategooria hübriid tandem -päikeseelementides. "Väljastpoolt ei ole raku keeruline sisemine struktuur nähtav, kuna kõik absorbeerijad on üksteisega ühendatud täiendavate kristallkihtide ja elektriliselt juhtmega," selgitab noorte päikeseelementide uuringud 25,9 protsenti vähem kui aasta jooksul. "See edu saavutati, asendades mitme lahtri ühe õhukese kihi," jätkab ta. "Meie rakkude hoolikas analüüs näitas, et see kiht tekitas elektriliinile tõkke."

Väikestes sammudes on Fraunhoferi teadlased seda tehnoloogiat alates 2007. aastast edasi arendanud koostöös Philipps Univ Ilmenau tehnikaülikooliga. Marburg ja ettevõte Aixtron, asutades spetsiaalsed epitaksiaseadmed ja uurides iga konstruktsiooni kihti. Lõputöö arenguid rahastas Saksamaa föderaalne haridus- ja teadusministeerium (BMBF) osana projektidest “III-V-SI” ja “Mehrsi”. Uue tandem-päikeseelemendi konkreetne esiletõst on see, et III-V kihte ei kasvatatud mitte keemilise mehaanilise poleeritud substraadil nagu varem, vaid räni vahvlil, mis pärast kristalli saatmist töötas lihtsas protsessis, kasutades ainult odavaid lihvimisprotsesse. Euroopa projektis “Sitasol” oli Taani ettevõte Topsil välja töötanud lõputöö räni vahvlid ja seega realiseerinud olulise sammu uute mitme ristmikega päikesepatareide majandusliku tootmise poole. Tulevikus on eesmärk viirukitõhusus veelgi kaugemale ja nii kihtide sadestumine veelgi kiiremini, kõrgel läbi ja seega kulukamalt, eesmärgiga, et tandem-fotogalvaanilised ained saavad anda imporditud panuse fotogalvaanilise laienemise jaoks vajaliku pöörde jaoks.

Energiasüsteemi muundamise põhitehnoloogia

Tänapäeval paljudes maailma osades on päikesepatareide elekter energiatootmise kõige odavam vorm. "Euroopa fotogalvaanilised uuringud tegelevad arvukate kontseptsioonide kallal, et edasiseks arendada selle energia pöörde võtmetehnoloogia tõhusust," ütleb fotogalvaaniliste uuringute osakonna juht dr Stefan Glunz. „Me ei tööta mitte ainult räni päikeserakkude tootmise veelgi jätkusuutlikumaks ja kulutõhusamaks, vaid ka siis, kui me tõestatud räni koos teiste pooljuhtide materjalidega juhtida, ka uue pinnase purustamisel. Selle saavutamine on isegi kõrge efektiivsusega. Selle saavutamine tandem-fotovoltaside abil aitab kaasa vesinikkeskmise ja energiatootmise loomisele.

III-V/SI multi-ristmike päikeseelemendi kihistruktuur © Fraunhofer ISE

III-V/SI multi-ristmike päikeseelemendi kihi struktuur, kvant efektiivsus ja IV omadused 1,5 g spektraaltingimustel