Catatan Sel Surya Baru – Catatan Sel Surya Baru

Beralih ke versi bahasa Inggris

Efisiensi yang lebih tinggi secara bersamaan – rekor sel surya baru

Penelitian fotovoltaik terus berupaya keras untuk meningkatkan efisiensi sel surya. Fotovoltaik tandem semakin menarik perhatian. Teknologi ini menggabungkan material sel surya berkinerja tinggi dalam berbagai kombinasi untuk memanfaatkan spektrum surya secara lebih efisien dalam mengubah cahaya menjadi energi listrik. Fraunhofer ISE kini telah mencapai rekor efisiensi baru sebesar 25,9 persen untuk sel surya tandem III-V/Si yang ditanam langsung di atas silikon. Sel ini diproduksi untuk pertama kalinya di atas substrat silikon yang hemat biaya – sebuah tonggak penting dalam perjalanan menuju solusi hemat biaya untuk fotovoltaik tandem.

 

 

Institut Fraunhofer untuk Sistem Energi Surya (ISE) telah bekerja selama bertahun-tahun pada beberapa sel surya, di mana dua atau tiga sub-sel disusun satu di atas yang lain untuk mengubah panjang gelombang sinar matahari yang berbeda menjadi listrik. Silikon cocok sebagai penyerap bagian spektrum inframerah dan lapisan semikonduktor III-V setebal beberapa mikrometer diterapkan di atasnya. Ini adalah bahan dari golongan III dan V tabel periodik, yang mengubah ultraviolet, sinar tampak dan cahaya inframerah-dekat lebih efisien menjadi listrik. Sel surya semikonduktor III-V murni sudah digunakan di ruang angkasa dan fotovoltaik konsentrator. Melalui proses yang lebih hemat biaya bersama dengan silikon sebagai sub-sel terendah, teknologi tandem juga harus dapat diakses oleh fotovoltaik secara luas di masa depan. Namun, jalan yang harus ditempuh masih panjang.

25,9 persen untuk sel surya tandem III-V/Si yang ditanam langsung pada silikon

Terdapat berbagai pendekatan untuk memproduksi kombinasi sel surya III-V dan silikon. Sejak 2019, Fraunhofer ISE telah memegang rekor dunia efisiensi sebesar 34,1 persen (kini 34,5 persen) untuk sel surya tandem, di mana lapisan semikonduktor III-V ditransfer dari substrat galium arsenida ke silikon, dengan lapisan-lapisan tersebut dihubungkan oleh apa yang disebut ikatan wafer. Teknologi ini efisien tetapi mahal. Oleh karena itu, Fraunhofer ISE telah mengembangkan proses manufaktur yang lebih langsung selama bertahun-tahun, di mana lapisan III-V diendapkan, atau ditumbuhkan secara epitaksial, ke sel surya silikon. Mempertahankan kualitas kristal yang tinggi di semua lapisan sangat penting di sini – sebuah tantangan besar. Rekor dunia efisiensi baru sebesar 25,9 persen kini telah dicapai untuk sel surya tandem III-V/Si yang ditumbuhkan langsung pada silikon. Ilmuwan Fraunhofer ISE, Markus Feifel, baru-baru ini mempresentasikan keberhasilannya di Konferensi Spesialis Fotovoltaik IEEE ke-47. Konferensi ini, seperti banyak konferensi yang saat ini diselenggarakan secara daring, dianugerahi Penghargaan Mahasiswa dalam kategori Sel Surya Tandem Hibrida. "Struktur internal sel yang kompleks tidak terlihat dari luar, karena semua penyerap saling terhubung dan terhubung secara elektrik oleh lapisan kristal tambahan," jelas peneliti sel surya muda ini, yang dengan demikian mampu meningkatkan efisiensi kerjanya dari 24,3 menjadi 25,9 persen dalam waktu kurang dari setahun. "Keberhasilan ini dicapai dengan mengganti satu lapisan tipis di dalam sel multi-sambungan," lanjutnya. "Analisis yang cermat terhadap sel kami mengungkapkan bahwa lapisan ini telah menciptakan penghalang terhadap konduksi arus."

Para peneliti Fraunhofer telah mengembangkan teknologi ini dalam langkah-langkah kecil sejak tahun 2007 bersama dengan TU Ilmenau, Philipps Univ. Marburg dan perusahaan Aixtron, sistem epitaksi khusus dipasang dan setiap lapisan struktur diperiksa. Perkembangan ini didanai oleh BMBF Kementerian Riset Federal sebagai bagian dari proyek “III-V-Si” dan “MehrSi”. Sorotan khusus dari sel surya tandem baru adalah bahwa lapisan III-V tidak ditumbuhkan pada substrat yang dipoles secara kimia-mekanis, seperti yang terjadi sebelumnya, tetapi pada wafer silikon, yang setelah digergaji kristalnya dalam proses sederhana hanya menggunakan penggilingan murah - dan proses etsa diproses. Sebagai bagian dari proyek “SiTaSol” Eropa, perusahaan Denmark Topsil mengembangkan wafer silikon ini, sehingga mengambil langkah penting menuju produksi sel surya multi-junction baru yang ekonomis. Di masa depan, tujuannya adalah untuk lebih meningkatkan efisiensi dan mendeposisikan lapisan lebih cepat, dengan hasil yang lebih tinggi sehingga lebih hemat biaya, dengan tujuan fotovoltaik tandem memberikan kontribusi penting terhadap fotovoltaik yang diperlukan untuk transisi energi - dapat mencapai perluasan.

Teknologi kunci untuk transisi energi

Listrik dari sel surya kini menjadi bentuk pembangkitan energi termurah di banyak belahan dunia. "Penelitian fotovoltaik Eropa sedang mengembangkan berbagai konsep untuk lebih meningkatkan efisiensi teknologi kunci ini bagi transisi energi," ujar Prof. Dr. Stefan Glunz, Kepala Penelitian – . "Kami tidak hanya berupaya membuat produksi sel surya silikon lebih berkelanjutan dan hemat biaya, tetapi juga mengeksplorasi cara-cara baru untuk mencapai efisiensi yang lebih tinggi menggunakan silikon yang telah teruji dalam kombinasi dengan material semikonduktor lainnya. Kami mencapai hal ini dengan fotovoltaik tandem." Fotovoltaik tandem tidak hanya membuka jalan bagi masa depan pembangkitan listrik, tetapi sel surya ini juga ideal – karena tegangannya yang lebih tinggi – untuk elektrolisis, yaitu dekomposisi langsung air menjadi hidrogen dan oksigen. Oleh karena itu, teknologi ini juga berkontribusi pada produksi hidrogen sebagai media penyimpanan energi dan komponen penting untuk transisi energi.

 

 

Struktur lapisan sel surya ganda III-V/Si, efisiensi kuantum, dan karakteristik IV dalam kondisi spektral AM 1,5g

Efisiensi yang lebih tinggi secara bersamaan – rekor sel surya baru

Penelitian fotovoltaik terus berupaya meningkatkan efisiensi sel surya. Fokusnya semakin tertuju pada fotovoltaik tandem, di mana material sel surya berkinerja tinggi dipadukan dalam berbagai kombinasi untuk memanfaatkan spektrum surya secara lebih efisien dalam mengubah cahaya menjadi energi listrik. Fraunhofer ISE kini melaporkan rekor efisiensi baru sebesar 25,9 persen untuk sel surya tandem III-V/Si yang ditanam langsung di atas silikon. Untuk pertama kalinya, sel surya ini diproduksi di atas substrat silikon berbiaya rendah – sebuah tonggak penting dalam perjalanan menuju solusi ekonomis untuk fotovoltaik tandem.

 

 

Institut Fraunhofer untuk Sistem Energi Surya (ISE) telah bekerja selama bertahun-tahun pada sel surya multi-persimpangan di mana dua atau tiga sel parsial disusun satu di atas yang lain untuk mengubah panjang gelombang sinar matahari yang berbeda menjadi listrik. Silikon cocok sebagai penyerap bagian spektrum inframerah, dan lapisan semikonduktor III-V, bahan dari golongan III dan V tabel periodik, yang mengubah sinar ultraviolet, cahaya tampak, dan inframerah dekat secara lebih efisien menjadi listrik yang diendapkan pada di atasnya. Sel surya semikonduktor III-V murni sudah digunakan di ruang angkasa dan fotovoltaik konsentrator. Melalui proses yang lebih hemat biaya dan dikombinasikan dengan silikon sebagai sub-sel terendah, teknologi tandem ini dapat diakses oleh fotovoltaik berbasis luas di masa depan. Namun, jalan yang harus ditempuh masih panjang.

25,9 persen untuk sel surya tandem III-V/Si yang ditanam langsung pada silikon

Terdapat berbagai pendekatan untuk menghasilkan kombinasi sel surya III-V dan silikon. Sebagai contoh, sejak 2019, Fraunhofer ISE telah memegang rekor dunia efisiensi 34,1 persen (kini 34,5 persen) untuk sel surya tandem di mana lapisan semikonduktor III-V ditransfer dari substrat galium arsenida ke silikon, dengan lapisan-lapisan tersebut dihubungkan oleh apa yang disebut ikatan wafer. Teknologi ini efisien tetapi mahal. Karena alasan ini, Fraunhofer ISE telah bertahun-tahun mengembangkan proses manufaktur yang lebih langsung di mana lapisan III-V didepositkan atau di-epitaksi ke sel surya silikon. Di sini, sangat penting untuk mempertahankan kualitas kristal yang tinggi di semua lapisan – sebuah tantangan besar. Rekor dunia efisiensi baru sebesar 25,9 persen kini telah tercapai untuk sel surya tandem III-V/Si yang ditumbuhkan langsung di atas silikon. Ilmuwan Fraunhofer ISE, Markus Feifel, baru-baru ini mempresentasikan keberhasilannya di Konferensi Spesialis Fotovoltaik IEEE ke-47, yang, seperti banyak konferensi lainnya saat ini, diselenggarakan secara daring, dan dianugerahi Penghargaan Mahasiswa dalam kategori Sel Surya Tandem Hibrida. "Dari luar, struktur internal sel yang kompleks tidak terlihat, karena semua penyerap terhubung satu sama lain oleh lapisan kristal tambahan dan disambungkan secara elektrik," jelas peneliti sel surya muda ini, yang dengan demikian mampu meningkatkan hasil penelitiannya dari 24,3 menjadi 25,9 persen dalam waktu kurang dari setahun. "Keberhasilan ini dicapai dengan mengganti satu lapisan tipis di dalam sel ganda," lanjutnya. "Analisis yang cermat terhadap sel kami mengungkapkan bahwa lapisan ini menciptakan penghalang bagi saluran listrik."

Dalam langkah -langkah kecil, para peneliti Fraunhofer telah mengembangkan teknologi lebih lanjut sejak 2007 bekerja sama dengan Universitas Teknik Ilmenau, Philipps Univ. Marburg dan perusahaan Aixtron, menyiapkan peralatan epitaxy khusus dan memeriksa setiap lapisan struktur. Perkembangan tesis didanai oleh Kementerian Pendidikan dan Penelitian Federal Jerman (BMBF) sebagai bagian dari proyek “III-V-Si” dan “Mehrsi”. Sorotan khusus dari sel surya tandem baru adalah bahwa lapisan III-V tidak ditanam pada substrat yang dipoles secara kimia-mekanis seperti yang sebelumnya terjadi, tetapi pada wafer silikon yang, setelah menggergaji kristal, apa yang diobati dalam proses sederhana hanya menggunakan penggilingan yang murah dan Proses etsa. Dalam proyek Eropa "Shatasol", perusahaan Denmark Topsil telah mengembangkan tesis silikon wafer dan dengan demikian menyadari langkah penting menuju produksi ekonomi sel surya multi-fungsi yang baru. Di masa depan, tujuannya adalah untuk meningkatkan efisiensi lebih jauh dan untuk mewujudkan deposisi lapisan bahkan lebih cepat, dengan tinggi-tinggi melalui dan dengan demikian lebih banyak biaya, dengan tujuan bahwa fotovoltaik tandem dapat membuat kontribusi impor ke ekspansi fotovoltaik fotovoltaik fotovoltaikik Diperlukan untuk perputaran energi.

Teknologi kunci untuk transformasi sistem energi

Di banyak belahan dunia saat ini, listrik dari sel surya merupakan bentuk pembangkitan energi termurah. “Penelitian fotovoltaik Eropa sedang mengembangkan berbagai konsep untuk lebih mengembangkan efisiensi teknologi kunci ini dalam pemulihan energi,” ujar Prof. Dr. Stefan Glunz, kepala Divisi Penelitian Fotovoltaik. “Kami tidak hanya berupaya membuat produksi sel surya silikon lebih berkelanjutan dan hemat biaya, tetapi di saat yang sama kami juga sedang merintis terobosan baru untuk membawa silikon yang telah terbukti ini, dikombinasikan dengan material semikonduktor lain, menuju efisiensi yang lebih tinggi. Kami mencapai hal ini dengan fotovoltaik tandem. Fotovoltaik tandem tidak hanya membuka jalan menuju masa depan pembangkitan listrik, sel surya ini – karena tegangannya yang lebih tinggi – juga ideal untuk elektrolisis, yaitu dekomposisi langsung air menjadi hidrogen dan oksigen. Dengan demikian, teknologi ini juga berkontribusi pada produksi hidrogen sebagai media penyimpanan energi dan komponen penting untuk pemulihan energi.”

 

 

Struktur lapisan sel surya multi-persimpangan III-V/Si, efisiensi kuantum, dan karakteristik IV dalam kondisi spektral AM 1,5g