Nuovo record di celle solari – Nuovo record di celle solari

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Maggiore efficienza in tandem – nuova record di celle solari

La ricerca fotovoltaica si sta riproducendo per aumentare ulteriormente l'efficienza delle celle solari. I fotovoltaici in tandem sono sempre più focalizzati, in cui potenti materiali a cellule solari sono combinati in diverse combinazioni al fine di utilizzare lo spettro del sole in modo ancora più efficiente quando si converte la luce in energia elettrica. Il Fraunhofer ISE ora ha efficienza del 25,9 per cento un nuovo record per una cellula tandemsolare III-V/Si coltivata direttamente sul silicio. Questo è stato prodotto per la prima volta su un substrato di silicio economico – una pietra miliare importante sulla strada per soluzioni economiche per il fotovoltaico in tandem.

 

 

L'Istituto Fraunhofer per i sistemi ad energia solare ISE lavora da molti anni su più celle solari, in cui due o tre sottocelle sono disposte una sopra l'altra per convertire diverse lunghezze d'onda della luce solare in elettricità. Come assorbitore della parte infrarossa dello spettro è adatto il silicio, sopra il quale sono applicati strati di semiconduttori III-V spessi pochi micrometri, materiali dei gruppi III e V della tavola periodica, che convertono l'ultravioletto, il visibile e la luce del vicino infrarosso in modo più efficiente nella camminata elettrica. Le celle solari a semiconduttore puro III-V sono già utilizzate nello spazio e nel fotovoltaico a concentrazione. Attraverso processi più economici in combinazione con il silicio come sottocella più bassa, in futuro la tecnologia tandem dovrebbe essere resa accessibile anche al fotovoltaico su vasta scala. Tuttavia, c’è ancora molta strada da fare fino ad allora.

25,9% per le celle solari tandem III-V/Si coltivate direttamente su silicio

Esistono diversi approcci per creare combinazioni di celle solari III V e silicio. Dal 2019, Fraunhofer ha detenuto il valore record mondiale dell'efficienza del 34,1 per cento (nuova 34,5 per cento) per una cella solare in tandem in cui gli strati di semiconduttore III-V vengono trasferiti da un substrato di arsenide di gallio al silicio, con gli strati collegati da un tale legame wafer. Questa tecnologia è efficiente ma costosa. Pertanto, il Fraunhofer ISE ha lavorato su processi di produzione più diretti per molti anni, in cui gli strati III-V sono separati o epitassi su una cella solare al silicio. È fondamentale ottenere un'alta qualità del cristallo di tutti gli strati – una grande sfida. È stata ora raggiunta una nuova efficienza record mondiale per una tale cellula tandemsolare III-V/Si che è cresciuta direttamente sul silicium. Lo scienziato di Fraunhofer ISE Markus Feifel ha recentemente presentato il suo successo sulla 47a conferenza degli specialisti fotovoltaici IEEE, che, come molte conferenze, è attualmente in corso online ed è stato onorato con il premio per studenti nella categoria delle cellule tandemsolari ibride. "Dall'esterno, la complessa struttura interna della cella non è visibile, poiché tutti gli assorbitori sono collegati e interconnessi elettricamente da ulteriori strati di cristallo", spiega il giovane ricercatore di cellule solari, che è stata in grado di migliorare il risultato del suo lavoro dal 24,3 al 25,9 per cento in meno di un anno. "Questo successo ha avuto successo scambiando un singolo strato sottile all'interno della cella multipla", spiega. "Un'attenta analisi delle nostre cellule ha mostrato che questo strato ha portato a una barriera per la linea elettrica."

I ricercatori del Fraunhofer sviluppano la tecnologia a piccoli passi dal 2007 insieme alla TU Ilmenau, Philipps Univ. Marburg e la ditta Aixtron sono stati allestiti speciali sistemi di epitassia ed è stato esaminato ogni singolo strato della struttura. Questi sviluppi sono stati finanziati dal Ministero federale della ricerca BMBF nell’ambito dei progetti “III-V-Si” e “MehrSi”. Una particolarità della nuova cella solare tandem è che gli strati III-V non sono stati cresciuti su un substrato lucidato chimicamente e meccanicamente, come avveniva in precedenza, ma su un wafer di silicio, che dopo aver segato il cristallo in un semplice processo utilizzando solo sono stati trattati processi economici di macinazione e incisione. Nell'ambito del progetto europeo “SiTaSol”, l'azienda danese Topsil ha sviluppato questi wafer di silicio, compiendo così un passo importante verso la produzione economica delle nuove celle solari a giunzioni multiple. In futuro l'obiettivo sarà quello di aumentare ulteriormente l'efficienza e di depositare gli strati ancora più velocemente, con una maggiore produttività e quindi in modo più economico, con l'obiettivo che il fotovoltaico tandem dia un contributo importante al fotovoltaico necessario per la transizione energetica - può raggiungere l’espansione.

Tecnologia chiave per la transizione energetica

L'elettricità dalle celle solari è la forma più economica di generazione di energia in molte parti del mondo oggi. "La ricerca fotovoltaica europea ha numerosi concetti in corso per sviluppare ulteriormente l'efficienza di questa tecnologia chiave per la transizione energetica", ha affermato il prof. Dr. Stefan Glunz, capo della ricerca – . »Non stiamo solo lavorando per rendere la produzione di celle solari al silicio ancora più sostenibile ed economico, ma allo stesso tempo aprire nuove terre per guidare il silicio comprovato in relazione ad altri materiali a semiconduttore a un'efficienza ancora maggiore. Ci riusciamo con il fotovoltaico in tandem. «Il fotovoltaico in tandem non solo si apre la strada al futuro della generazione di elettricità, queste celle solari sono – a causa della loro maggiore tensione – anche ideale per l'elettrolisi, la rottura diretta dell'acqua in idrogeno e ossigeno. Questa tecnologia dà anche un contributo all'estrazione di idrogeno come accumulo di energia e importanti elementi di costruzione per la transizione energetica.

 

 

Struttura a strati della cella solare multipla III-V/Si, efficienza quantistica e caratteristiche IV in condizioni spettrali AM 1,5 g

Maggiore efficienza in tandem – nuova record di celle solari

La ricerca sul fotovoltaico sta lavorando duramente per aumentare continuamente l'efficienza delle celle solari. Sempre più, l'attenzione si concentra sul fotovoltaico in tandem, in cui i materiali a celle solari ad alte prestazioni sono insieme in varie combinazioni al fine di utilizzare lo spettro solare in modo ancora più efficiente nella conversione della luce in energia elettrica. Fraunhofer ISE ora sta segnalando una nuova efficienza record del 25,9 per cento per una cella solare in tandem III-V/Si coltivata direttamente sul silicio. Per la prima volta, questo è stato prodotto su un substrato di silicio a basso costo – una pietra miliare importante sulla strada per soluzioni economiche per il fotovoltaico in tandem.

 

 

L'Istituto Fraunhofer per i sistemi ad energia solare ISE lavora da molti anni su celle solari multigiunzione in cui due o tre celle parziali sono disposte una sopra l'altra per convertire diverse lunghezze d'onda della luce solare in elettricità. Il silicio è adatto come assorbitore per la parte infrarossa dello spettro e strati di semiconduttori III-V, materiali dei gruppi III e V della tavola periodica, che convertono in modo più efficiente la luce ultravioletta, visibile e del vicino infrarosso in elettricità depositata su sopra di esso. Le celle solari a semiconduttore puro III-V sono già utilizzate nello spazio e nel fotovoltaico a concentrazione. Attraverso processi più economici in combinazione con il silicio come sottocella più bassa, in futuro la tecnologia tandem dovrà essere resa accessibile per il fotovoltaico su vasta scala. Tuttavia, c’è ancora molta strada da fare fino ad allora.

25,9% per le celle solari tandem III-V/Si coltivate direttamente su silicio

Esistono diversi approcci per produrre combinazioni di celle solari III-V e silicio. Ad esempio, dal 2019, Fraunhofer ISE ha detenuto il record mondiale dell'efficienza del 34,1 per cento (ora 34,5 per cento) per una cella solare in tandem in cui gli strati di semiconduttore III-V vengono trasferiti da un substrato di arsenide al gallio al silicone, con gli strati del Ligg collegato da un cosiddetto legame di wafer. Questa tecnologia è efficiente ma costosa. Per questo motivo, Fraunhofer ISE ha lavorato per molti anni su processi di produzione più diretti in cui gli strati III-V sono depositi o epitassisti su una cella solare di silicio. Qui, è fondamentale mantenere un'alta qualità cristallina di tutti gli strati – una grande sfida. Un nuovo efficienza record mondiale del 25,9 per cento è stata ora raggiunta per una tale cella solare in tandem III-V/Si coltivata direttamente sul silicio. La scienziata di Fraunhofer ISE Markus Feifel è stata recentemente in grado di presentare il suo successo alla 47a Conferenza degli specialisti fotovoltaici IEEE, che al momento, come molte conferenze, ed è stato onorato con il premio per studenti nella categoria celle solari in tandem ibride. "Dall'esterno, la complessa struttura interna della cella non è visibile, poiché tutti gli assorbitori sono collegati tra loro da ulteriori strati di cristallo e cablati elettricamente", spiega la giovane ricerca solare del 25,9 per cento in meno di un anno. "Questo successo è stato ottenuto sostituendo un singolo strato sottile all'interno della cella multipla", continua. "Un'attenta analisi delle nostre cellule ha rivelato che questo strato ha creato una barriera alla linea elettrica."

In piccoli passi, i ricercatori di Fraunhofer sviluppano ulteriormente la tecnologia dal 2007 in collaborazione con l'Università tecnica di Ilmenau, Philipps Univ. Marburg e la compagnia Aixtron, creando apparecchiature speciali epitassia ed esaminando ogni singolo livello della struttura. Gli sviluppi della tesi sono stati finanziati dal Ministero federale dell'Istruzione e della ricerca tedesca (BMBF) come parte dei progetti "III-V-SI" e "Mehrsi". Un punto culminante particolare della nuova cella solare in tandem è che gli strati III-V non sono stati coltivati ​​su un substrato levigato in sostanza chimica come in precedenza nel caso, ma su un wafer di silicio che, dopo aver visto il cristallo, ciò che ha trattato in un semplice processo usando solo macinazione economica e Processi di incisione. All'interno del progetto europeo "Sitasol", la società danese Topsil aveva sviluppato wafer di silicio di tesi e quindi si era realizzato per un importante passo verso la produzione economica delle nuove celle solari multi-giunzione. In futuro, l'obiettivo sarà quello di incenso ancora ulteriormente e così realizzare la deposizione degli strati ancora più velocemente, con altissimo e quindi in modo più pratico, con l'obiettivo che il fotovoltaico in tandem possa dare un contributo importato all'espansione fotovoltaica Necessario per l'interruzione dell'energia.

Tecnologia chiave per la trasformazione del sistema energetico

In molte parti del mondo oggi, l'elettricità delle celle solari è la forma più economica di generazione di energia. "La ricerca fotovoltaica europea sta lavorando su numerosi concetti per sviluppare ulteriormente l'efficienza di questa tecnologia chiave per la svolta energetica", afferma il prof. Dr. Stefan Glunz, capo della divisione di ricerca fotovoltaica. “Non stiamo solo lavorando per rendere la produzione di celle solari al silicio ancora – sostenibile e di affidabili, ma allo stesso tempo stiamo così rompendo nuove terre per – il silicio comprovato in combinazione con altri materiali a semiconduttore a un blocco ancora più elevato.

 

 

Struttura dello strato della cella solare multi-giunzione III-V/Si, efficienza quantistica e caratteristiche IV in condizioni spettrali AM 1,5 g