Nouveau enregistrement de cellules solaires – Nouveau enregistrement de cellules solaires

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Efficacité plus élevée en tandem – Nouveau enregistrement de cellules solaires

La recherche photovoltaïque se reproduit pour augmenter davantage l'efficacité des cellules solaires. Le photovoltaïque en tandem est de plus en plus axé sur, dans lequel des matériaux puissants de cellules solaires sont combinés dans différentes combinaisons afin d'utiliser encore plus efficacement le spectre du soleil lors de la conversion de la lumière en énergie électrique. Le Fraunhofer ISE a désormais 25,9% d'efficacité un nouveau record pour une cellule tandemsolaire III-V / Si cultivée directement sur le silicium. Cela a d'abord été produit sur un substrat de silicium bon marché – une étape importante sur le chemin des solutions économiques pour le photovoltaïque en tandem.

 

 

L'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE travaille depuis de nombreuses années sur plusieurs cellules solaires, dans lesquelles deux ou trois sous-cellules sont disposées les unes sur les autres pour convertir différentes longueurs d'onde de la lumière solaire en électricité. Le silicium convient comme absorbeur pour la partie infrarouge du spectre et est recouvert de couches de semi-conducteurs III-V de quelques micromètres d'épaisseur. Il s'agit de matériaux des groupes III et V du tableau périodique, qui convertissent l'ultraviolet, le visible et la lumière proche infrarouge plus efficacement dans la marche électrique. Les cellules solaires à semi-conducteurs purs III-V sont déjà utilisées dans l’espace et dans le photovoltaïque à concentration. Grâce à des processus plus rentables associés au silicium comme sous-cellule la plus basse, la technologie tandem devrait également être rendue accessible au photovoltaïque au sens large à l'avenir. Mais d’ici là, il reste encore beaucoup de chemin à parcourir.

25,9 pour cent pour les cellules solaires tandem III-V/Si cultivées directement sur silicium

Il existe différentes approches pour créer des combinaisons de cellules solaires III V et en silicium. Depuis 2019, Fraunhofer détient la valeur record du monde de 34,1% d'efficacité (neuve 34,5%) pour une cellule solaire en tandem dans laquelle les couches semi-conductrices III-V sont transférées d'un substrat d'arséniure de gallium en silicium, avec les couches reliées par une liaison avec la bafouille. Cette technologie est efficace mais coûteuse. Par conséquent, le Fraunhofer ISE travaille sur des processus de fabrication directs depuis de nombreuses années, dans lesquels les couches III-V sont séparées ou épitaxées sur une cellule solaire en silicium. Il est crucial d'obtenir une qualité de cristal élevée de toutes les couches – un grand défi. Une nouvelle efficacité record du monde a maintenant été réalisée pour une telle cellule tandemsolaire III-V / Si qui a grandi directement sur le silicium. Le scientifique de Fraunhofer ISE, Markus Feifel, a récemment présenté son succès à la 47e conférence des spécialistes des photovoltaïques de l'IEEE, qui, comme de nombreuses conférences, se déroule actuellement en ligne et a reçu le prix étudiant dans la catégorie des cellules tandemsolaires hybrides. "De l'extérieur, la structure intérieure complexe de la cellule n'est pas visible, car tous les absorbeurs sont connectés et interconnectés électriquement par d'autres couches de cristal", explique le jeune chercheur de cellules solaires, qui a pu améliorer le résultat de son travail de 24,3 à 25,9% en moins d'un an. "Ce succès a réussi en échangeant une seule couche mince dans la cellule multiple", explique-t-il. "Une analyse minutieuse de nos cellules a montré que cette couche avait conduit à une barrière pour la ligne électrique."

Les chercheurs du Fraunhofer développent la technologie par petites étapes depuis 2007 en collaboration avec la TU Ilmenau, Philipps Univ. Marburg et la société Aixtron, des systèmes d'épitaxie spéciaux ont été mis en place et chaque couche de la structure a été examinée. Ces développements ont été financés par le ministère fédéral de la Recherche BMBF dans le cadre des projets « III-V-Si » et « MehrSi ». Un point fort de la nouvelle cellule solaire tandem est que les couches III-V n'ont pas été cultivées sur un substrat poli chimico-mécanique, comme c'était le cas auparavant, mais sur une plaquette de silicium qui, après avoir scié le cristal au cours d'un processus simple utilisant uniquement les processus de meulage et de gravure peu coûteux ont été traités. Dans le cadre du projet européen « SiTaSol », la société danoise Topsil a développé ces plaquettes de silicium, franchissant ainsi une étape importante vers une production économique de nouvelles cellules solaires à jonctions multiples. À l'avenir, l'objectif sera d'augmenter encore l'efficacité et de déposer les couches encore plus rapidement, avec un débit plus élevé et donc de manière plus rentable, dans le but que le photovoltaïque tandem apporte une contribution importante au photovoltaïque nécessaire à la transition énergétique - peut réaliser une expansion.

Une technologie clé pour la transition énergétique

L'électricité des cellules solaires est la forme la moins chère de production d'énergie dans de nombreuses régions du monde aujourd'hui. "La recherche sur le photovoltaïque européen a de nombreux concepts en cours pour développer encore plus l'efficacité de cette technologie clé pour la transition énergétique", a déclaré le professeur Stefan Glunz, responsable de la recherche – . »Nous travaillons non seulement pour rendre la production de cellules solaires de silicium encore plus durables et moins chères, mais en même temps invoquer un nouveau terrain pour mener le silicium éprouvé en relation avec d'autres matériaux semi-conducteurs à une efficacité encore plus élevée. Nous réussissons avec le photovoltaïque en tandem. «Le photovoltaïque en tandem ouvre non seulement la voie à l'avenir de la production d'électricité, mais ces cellules solaires sont – en raison de leur tension plus élevée – également idéale pour l'électrolyse, la dégradation directe de l'eau en hydrogène et en oxygène. Cette technologie contribue également à l'extraction de l'hydrogène en tant que stockage d'énergie et en élément de construction important pour la transition énergétique.

 

 

Structure en couches de la cellule solaire multi-jonctions III-V/Si, efficacité quantique et caractéristiques IV dans des conditions spectrales AM 1,5g

Efficacité plus élevée en tandem – Nouveau enregistrement de cellules solaires

La recherche photovoltaïque travaille dur pour augmenter l'efficacité des cellules solaires. De plus en plus, l'accent est mis sur le photovoltaïque en tandem, dans lequel les matériaux de cellules solaires à haute performance se rassemblent dans diverses combinaisons afin d'utiliser encore plus efficacement le spectre solaire dans la conversion de la lumière en énergie électrique. Fraunhofer ISE rapporte désormais une nouvelle efficacité record de 25,9% pour une cellule solaire en tandem III-V / SI cultivée directement sur le silicium. Pour la première fois, cela a été produit sur un substrat de silicium à faible coût – une étape importante sur le chemin des solutions économiques pour le photovoltaïque en tandem.

 

 

L'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE travaille depuis de nombreuses années sur des cellules solaires à multi-jonctions dans lesquelles deux ou trois cellules partielles sont disposées les unes au-dessus des autres pour convertir différentes longueurs d'onde de la lumière solaire en électricité. Le silicium convient comme absorbeur pour la partie infrarouge du spectre et les couches de semi-conducteurs III-V, matériaux des groupes III et V du tableau périodique, qui convertissent plus efficacement la lumière ultraviolette, visible et proche infrarouge en électricité déposée sur en haut. Les cellules solaires à semi-conducteurs purs III-V sont déjà utilisées dans l’espace et dans le photovoltaïque à concentration. Grâce à des processus plus rentables en combinaison avec le silicium comme sous-cellule la plus basse, la technologie tandem doit être rendue accessible à l'avenir pour le photovoltaïque à grande échelle. Mais d’ici là, il reste encore beaucoup de chemin à parcourir.

25,9 pour cent pour les cellules solaires tandem III-V/Si cultivées directement sur silicium

Il existe différentes approches pour produire des combinaisons de cellules solaires III-V et de silicium. Par exemple, depuis 2019, Fraunhofer ISE a détenu le record du monde de 34,1% d'efficacité (maintenant 34,5%) pour une cellule solaire en tandem dans laquelle les couches semi-conductrices III-V sont transférées d'un substrat d'arséniure de gallium en silicone, avec les couches du ligg connectées par une liaison de lawers soignée. Cette technologie est efficace mais coûteuse. Pour cette raison, Fraunhofer ISE travaille depuis de nombreuses années sur des processus de fabrication plus directs dans lesquels les couches III-V sont déposées ou épitaxées sur une cellule solaire en silicium. Ici, il est crucial de maintenir une qualité cristalline élevée de toutes les couches – un défi majeur. Une nouvelle efficacité record du monde de 25,9% a maintenant été réalisée pour une telle cellule solaire en tandem III-V / SI cultivée directement sur le silicium. Le scientifique de Fraunhofer ISE, Markus Feifel, a récemment été en mesure de présenter son succès à la 47th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, qui, comme de nombreuses conférences actuellement, et ont été honorés du prix étudiant dans la catégorie des cellules solaires en tandem hybride. «De l'extérieur, la structure intérieure complexe de la cellule n'est pas visible, car tous les absorbeurs sont connectés les uns aux autres par des couches de cristal supplémentaires et câblées électriquement», explique la recherche de cellules solaires de 25,9% en moins d'un an. "Ce succès a été obtenu en remplaçant une seule couche mince dans la cellule multiple", poursuit-il. "Une analyse minutieuse de nos cellules a révélé que cette couche avait créé une barrière à la ligne électrique."

En petites étapes, les chercheurs de Fraunhofer développent davantage la technologie depuis 2007 en collaboration avec l'Université technique d'Ilmenau, Philipps Univ. Marburg et la société Aixtron, créant un équipement d'épitaxie spécial et examinant chaque couche de la structure. Les développements de thèses ont été financés par le ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF) dans le cadre des projets «III-V-SI» et «Mehrsi». Un point culminant particulier de la nouvelle cellule solaire en tandem est que les couches III-V n'ont pas été cultivées sur un substrat chimique-mécaniquement poli comme auparavant, mais sur une tranche de silicium qui, après avoir vu le cristal, ce qui a traité dans un processus simple en utilisant uniquement le broyage bon marché et Processus de gravure. Au sein du projet européen «Sitasol», la société danoise Topsil avait développé des plaquettes de silicium de thèse et a donc réalisé une étape importante vers la production économique des nouvelles cellules solaires multi-jonction. À l'avenir, l'objectif sera encore plus d'efficacité de l'encens, et donc de réaliser encore plus rapidement le dépôt des couches, avec un saut élevé et donc plus coûteux, dans le but que le photovoltaïque en tandem peut apporter une contribution importée à l'expansion photovoltaïque Nécessaire pour le revirement d'énergie.

Une technologie clé pour la transformation du système énergétique

Dans de nombreuses régions du monde aujourd'hui, l'électricité des cellules solaires est la forme la moins chère de production d'énergie. «La recherche sur le photovoltaïque européen travaille sur de nombreux concepts pour développer davantage l'efficacité de cette technologie clé pour le revirement énergétique», explique le professeur Stefan Glunz, chef de la division de recherche photovoltaïque. «Nous travaillons non seulement à rendre la production de cellules solaires de silicium encore plus durables et plus rentables, mais en même temps, nous innovons tellement afin de – le silicium – en combinaison avec d'autres matériaux semi-conducteurs à même des efficacités.

 

 

Structure en couches de cellule solaire multi-jonction III-V/Si, efficacité quantique et caractéristiques IV dans des conditions spectrales AM 1,5g