Nowy rekord ogniw słonecznych – nowy rekord ogniw słonecznych

Przełącz na wersję angielską

Wyższa wydajność w tandemie – nowy zapis ogniw słonecznych

Badania fotowoltaiczne rozmnażają się w celu dalszego zwiększenia wydajności ogniw słonecznych. Fotowoltaiki tandemowe są coraz bardziej skupione, w których potężne materiały ogniw słonecznych są łączone w różnych kombinacjach, aby jeszcze skuteczniej wykorzystać widmo słoneczne podczas przekształcania światła w energię elektryczną. Fraunhofer Ise ma teraz 25,9 procent wydajności Nowy rekord dla komórki tandumronionowej III-V/SI uprawianej bezpośrednio na krzemu. Zostało to po raz pierwszy wyprodukowane na niedrogim podłożu krzemowym – ważnym kamieniem milowym na drodze do rozwiązań ekonomicznych dla fotowoltaiki tandemowej.

 

 

Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE od wielu lat pracuje nad wieloma ogniwami słonecznymi, w których dwa lub trzy podogniwa są ułożone jedno na drugim w celu przekształcania światła słonecznego o różnych długościach fal w energię elektryczną. Krzem nadaje się jako absorber dla podczerwonej części widma, na który nanoszone są warstwy półprzewodników III-V o grubości kilku mikrometrów, są to materiały z III i V grupy układu okresowego, które przekształcają ultrafiolet, światło widzialne i Światło bliskiej podczerwieni bardziej efektywnie przechodzi na spacer elektryczny. Czyste półprzewodnikowe ogniwa słoneczne III-V są już stosowane w kosmosie i fotowoltaice koncentracyjnej. Dzięki bardziej opłacalnym procesom w połączeniu z krzemem jako najniższym podogniwem technologia tandemowa powinna w przyszłości stać się dostępna także dla szeroko pojętej fotowoltaiki. Jednakże do tego czasu jeszcze długa droga przed nami.

25,9 procent w przypadku tandemowych ogniw słonecznych III-V/Si hodowanych bezpośrednio na krzemie

Istnieją różne podejścia do tworzenia kombinacji ogniw słonecznych III V i krzemu. Od 2019 r. Fraunhofer utrzymuje światową wartość rekordową 34,1 procent (nową 34,5 procent) dla tandemowej ogniwa słonecznego, w którym warstwy półprzewodników III-V są przenoszone z substratu arsenidowego galu do krzemu, z warstwami połączonymi tak zwanym wiązaniem wafli. Ta technologia jest wydajna, ale droga. Dlatego Fraunhofer ISE od wielu lat pracuje nad bardziej bezpośrednimi procesami produkcyjnymi, w których warstwy III-V są oddzielone lub epitaksowane na silikonowym ogniwie słonecznym. Ważne jest, aby uzyskać wysoką jakość kryształów wszystkich warstw – duże wyzwanie. Nową wydajność rekordu świata została teraz osiągnięta dla takiej komórki tandumronionowej III-V/SI, która uprawiała bezpośrednio na krzem. Naukowiec Fraunhofer ISE Markus Feifel niedawno przedstawił swój sukces na 47. konferencji specjalistów do fotowoltaików IEEE, która, podobnie jak wiele konferencji, odbywa się obecnie online i został uhonorowany nagrodą studencką w hybrydowej kategorii komórek tandumsarłowych. „Z zewnątrz złożona wewnętrzna struktura komórki nie jest widoczna, ponieważ wszystkie absorbery są połączone i elektrycznie powiązane z dalszymi warstwami kryształowymi”, wyjaśnia młody badacz komórek słonecznych, który był w stanie poprawić wynik swojej pracy z 24,3 do 25,9 procent w mniej niż jeden rok. „Ten sukces zakończył się powodzeniem, wymieniając jedną cienką warstwę w wielu komórkach” - wyjaśnia. „Ostrożna analiza naszych komórek wykazała, że warstwa ta doprowadziła do bariery dla linii energetycznej”.

Naukowcy z Fraunhofer rozwijają tę technologię małymi krokami od 2007 roku wspólnie z TU Ilmenau, Philipps Univ. Marburg i firma Aixtron, założono specjalne systemy epitaksji i zbadano każdą pojedynczą warstwę konstrukcji. Prace te zostały sfinansowane przez Federalne Ministerstwo Badań BMBF w ramach projektów „III-V-Si” i „MehrSi”. Szczególną cechą nowego tandemowego ogniwa słonecznego jest to, że warstwy III-V nie zostały wyhodowane na podłożu polerowanym chemicznie-mechanicznie, jak miało to miejsce wcześniej, ale na płytce krzemowej, która po przepiłowaniu kryształu w prostym procesie przy użyciu wyłącznie poddano niedrogiemu procesowi szlifowania i trawienia. W ramach europejskiego projektu „SiTaSol” duńska firma Topsil opracowała te płytki krzemowe, czyniąc tym samym ważny krok w kierunku ekonomicznej produkcji nowych wielozłączowych ogniw słonecznych. W przyszłości celem będzie jeszcze dalsze zwiększenie wydajności i jeszcze szybsze osadzanie warstw, przy większej wydajności, a tym samym bardziej opłacalne, tak aby fotowoltaika tandemowa wniosła istotny wkład w fotowoltaikę niezbędną do transformacji energetyki – może osiągnąć ekspansję.

Kluczowa technologia transformacji energetycznej

Elektryczność z ogniw słonecznych jest najtańszą formą wytwarzania energii w wielu częściach świata. „Europejskie badania fotowoltaiczne mają wiele koncepcji, aby jeszcze bardziej rozwijać wydajność tej kluczowej technologii przejścia energii” - powiedział prof. Dr Stefan Glunz, szef badań – . »Nie tylko pracujemy nad tym, aby produkcja krzemu ogniw słonecznych jeszcze bardziej zrównoważonych i tańszych, ale jednocześnie złamać nowy grunt, aby poprowadzić sprawdzony krzem w związku z innymi materiałami półprzewodnikowymi do jeszcze wyższej wydajności. Udamy się z tandemowymi fotowoltaikami. «Photowoltaika tandemowa nie tylko otwiera drogę do przyszłości wytwarzania energii elektrycznej, te ogniwa słoneczne są – z powodu ich wyższego napięcia – idealnego do elektrolizy, bezpośredniego rozkładu wody na wodór i tlen. Technologia ta wnosi również wkład w ekstrakcję wodoru jako magazynowania energii i ważny element składowy dla przejścia energii.

 

 

Struktura warstwowa wieloogniwowego ogniwa słonecznego III-V/Si, wydajność kwantowa i charakterystyka IV w warunkach widmowych AM 1,5 g

Wyższa wydajność w tandemie – nowy zapis ogniw słonecznych

Badania fotowoltaiczne ciężko pracują nad ciągłym zwiększeniem wydajności ogniw słonecznych. Coraz częściej nacisk kładziony jest na fotowoltaikę tandemową, w której wysokowydajne materiały ogniw słonecznych są razem w różnych kombinacjach, aby jeszcze bardziej wydajniej wykorzystać widmo słoneczne w przekształcaniu światła w energię elektryczną. Fraunhofer ISE zgłasza teraz nową wydajność rekordową wynoszącą 25,9 procent dla ogniwa słonecznego tandemowego III-V/SI uprawianego bezpośrednio na krzemu. Po raz pierwszy powstało to na taniego podłoża krzemowego – ważny kamień milowy na drodze do ekonomicznych rozwiązań dla fotowoltaiki tandemowej.

 

 

Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE od wielu lat pracuje nad wielozłączowymi ogniwami słonecznymi, w których dwa lub trzy ogniwa częściowe są rozmieszczone jedno nad drugim w celu przetwarzania różnych długości fal światła słonecznego na energię elektryczną. Krzem nadaje się jako absorber dla podczerwonej części widma oraz warstw półprzewodników III-V, materiałów z grup III i V układu okresowego, które efektywniej przekształcają światło ultrafioletowe, widzialne i bliskiej podczerwieni w energię elektryczną osadzoną na na górze. Czyste półprzewodnikowe ogniwa słoneczne III-V są już stosowane w kosmosie i fotowoltaice koncentracyjnej. Dzięki bardziej opłacalnym procesom w połączeniu z krzemem jako najniższym podogniwem technologia tandemowa ma w przyszłości stać się dostępna dla szeroko zakrojonych fotowoltaiki. Jednakże do tego czasu jeszcze długa droga przed nami.

25,9 procent w przypadku tandemowych ogniw słonecznych III-V/Si hodowanych bezpośrednio na krzemie

Istnieją różne podejścia do wytwarzania kombinacji ogniw słonecznych III-V i krzemu. Na przykład od 2019 r. Fraunhofer ISE utrzymywał rekord świata 34,1 procent wydajności (obecnie 34,5 procent) dla tandemowej komórki słonecznej, w której warstwy półprzewodników III-V są przenoszone z substratu arsenidowego galu do silikonu, z warstwami LIGG połączonymi tak zwanym wiązaniem kleania. Ta technologia jest wydajna, ale droga. Z tego powodu Fraunhofer ISE od wielu lat pracuje nad bardziej bezpośrednimi procesami produkcyjnymi, w których warstwy III-V są depozyjne lub epitaksowane na silikonowym ogniwie słonecznym. Tutaj kluczowe jest utrzymanie wysokiej jakości kryształów wszystkich warstw – poważne wyzwanie. Nową wydajność rekordu świata wynosząca 25,9 procent została teraz osiągnięta dla takiej tandemowej ogniwa słonecznego III-V/SI uprawianego bezpośrednio na krzemu. Naukowiec Fraunhofer ISE Markus Feifel był niedawno w stanie przedstawić swój sukces na 47. konferencji specjalistów od fotowoltaicznej IEEE, która, podobnie jak wiele konferencji, i została uhonorowana nagrodą studencką w kategorii hybrydowych ogniw słonecznych tandemowych. „Z zewnątrz złożona wewnętrzna struktura komórki nie jest widoczna, ponieważ wszystkie absorbery są ze sobą połączone przez dodatkowe warstwy kryształów i elektrycznie podłączone”, wyjaśnia Badania młodych ogniw słonecznych 25,9 procent w mniej niż rok. „Ten sukces został osiągnięty poprzez wymianę pojedynczej cienkiej warstwy w wielu komórkach”, kontynuuje. „Ostrożna analiza naszych komórek ujawniła, że warstwa ta stworzyła barierę dla linii energetycznej”.

W niewielkich etapach badacze Fraunhofera rozwijają technologię od 2007 r. We współpracy z University of Ilmenau, Philipps Univ. Marburg i firma Aixtron, tworząc specjalny sprzęt epitaxy i badając każdą warstwę konstrukcji. Rozwój dyplomów był finansowany przez niemieckie federalne Ministerstwo Edukacji i Badań (BMBF) w ramach projektów „III-V-SI” i „Mehrsi”. Szczególną atrakcją nowego tandemowego ogniwa słonecznego jest to, że warstwy III-V nie były uprawiane na podłożu z chemikalia, jak poprzednio, ale na waflu krzemu, który po wykładzeniu kryształu, który traktował w prostym procesie przy użyciu niedrogiego szlifowania i szlifowania i szlifowania i Procesy trawienia. W ramach europejskiego projektu „Sitasol” duńska firma Topsil opracowała tezę krzemowe wafle, a zatem zrealizował ważny krok w kierunku produkcji ekonomicznej nowych wielofunkcyjnych ogniw słonecznych. W przyszłości celem będzie jeszcze dalsza wydajność kadzidła, a tym samym uświadomić sobie osadzanie warstw jeszcze szybciej, z wysokim poziomem, a tym samym bardziej opłacalnie, w celu, że fotowoltaika tandemowa może wnieść importowany wkład w rozszerzenie fotowoltaiczne Niezbędne do zmiany energii.

Kluczowa technologia transformacji systemu energetycznego

W wielu częściach dzisiejszego świata energia elektryczna z ogniw słonecznych jest najtańszą formą wytwarzania energii. „Europejskie badania fotowoltaiczne pracują nad wieloma koncepcjami w celu dalszego rozwinięcia wydajności tej kluczowej technologii w zakresie zmiany energii”, mówi prof. Dr Stefan Glunz, szef działu badań Photovoltaics. „Pracujemy nie tylko nad tym, aby produkcja krzemu ogniw słonecznych jeszcze bardziej zrównoważonych i opłacalnych, ale jednocześnie tak przełamujemy nowy grunt, aby poprowadzić sprawdzony krzem w połączeniu z innymi materiałami półprzewodnikowymi do nawet wysokiej wydajności. – tego dzięki – fotowoltaice. Przyczynia się do produkcji wodoru w zakresie magazynowania energii i ważnego bloku budowlanego.

 

 

Struktura warstwowa wielozłączowego ogniwa słonecznego III-V/Si, wydajność kwantowa i charakterystyka IV w warunkach widmowych AM 1,5 g