Новый рекорд солнечных батарей – Новый рекорд солнечных батарей

Опубликовано: 10 августа 2020 г. / Обновление от: 17 августа 2020 г. - Автор: Конрад Вольфенштейн

Переключиться на английскую версию

Более высокая эффективность в тандеме – новый рекорд солнечных батарей

Фотоэлектрические исследования упорно работают над дальнейшим повышением эффективности солнечных элементов. Все больше внимания уделяется тандемной фотоэлектрической энергетике, в которой мощные материалы солнечных элементов объединяются в различных комбинациях, чтобы еще более эффективно использовать солнечный спектр при преобразовании света в электрическую энергию. Fraunhofer ISE установил новый рекорд эффективности 25,9% для тандемного солнечного элемента III-V/Si, выращенного непосредственно на кремнии. Впервые он был изготовлен на экономичной кремниевой подложке, что стало важной вехой на пути к экономичным решениям для тандемных фотоэлектрических систем.

Несколько тандемных солнечных элементов III-V на кремниевой подложке диаметром 10 см - © Fraunhofer ISE - Фото: Маркус Фейфель

Институт солнечных энергетических систем Фраунгофера (ISE) уже много лет работает над несколькими солнечными элементами, в которых два или три элемента расположены один над другим для преобразования солнечных лучей различной длины в электричество. Кремний пригоден в качестве поглотителя инфракрасной части спектра, поверх него нанесены слои полупроводников III-V толщиной в несколько микрометров — материалов III и V групп таблицы Менделеева, преобразующих ультрафиолет, видимый и ближний инфракрасный свет более эффективно превращается в электрическую прогулку. Чистые полупроводниковые солнечные элементы III-V уже используются в космосе и в фотоэлектрических концентраторах. Благодаря более экономически эффективным процессам в сочетании с использованием кремния в качестве нижнего элемента тандемная технология также должна стать доступной для широкого спектра фотоэлектрических систем в будущем. Однако до этого еще предстоит пройти долгий путь.

25,9 процента для тандемных солнечных элементов III-V/Si, выращенных непосредственно на кремнии

Существуют разные подходы к созданию комбинаций III-V и кремниевых солнечных элементов. С 2019 года компания Fraunhofer ISE удерживает мировой рекорд эффективности 34,1 процента (теперь 34,5 процента) для тандемного солнечного элемента, в котором полупроводниковые слои III-V переносятся с подложки из арсенида галлия на кремний, при этом слои проходят через -Называемая пластина -Бонды соединены. Эта технология эффективна, но дорога. Поэтому Fraunhofer ISE уже много лет работает над более прямыми производственными процессами, в которых слои III-V осаждаются или эпитаксиализируются на кремниевый солнечный элемент. Крайне важно поддерживать высокое качество кристаллов во всех слоях, а это серьезная задача. Для такого тандемного солнечного элемента III-V/Si, выращенного непосредственно на кремнии, был достигнут новый мировой рекорд эффективности в 25,9 процента. Ученый Fraunhofer ISE Маркус Фейфель недавно смог представить свой успех на 47-й конференции специалистов по фотоэлектрической энергии IEEE, которая, как и многие другие конференции, в настоящее время проходит онлайн, и был удостоен студенческой премии в категории «Гибридные тандемные солнечные элементы». «Сложная внутренняя структура ячейки не видна снаружи, потому что все поглотители соединены друг с другом и электрически связаны дополнительными кристаллическими слоями», — объясняет молодой исследователь солнечных батарей, увеличивший результат своей работы с 24,3 до 25,9 менее чем за год процент может улучшиться. «Этот успех был достигнут за счет замены одного тонкого слоя внутри нескольких ячеек», — объясняет он далее. «Тщательный анализ наших клеток показал, что этот слой создает барьер для электропроводности».

Исследователи Фраунгофера разрабатывают эту технологию небольшими шагами с 2007 года вместе с Техническим университетом Ильменау, Университета Филиппа. Марбургом и компанией Aixtron были установлены специальные эпитаксионные системы и исследован каждый слой структуры. Эти разработки финансировались Федеральным министерством исследований BMBF в рамках проектов «III-V-Si» и «MehrSi». Особой изюминкой нового тандемного солнечного элемента является то, что слои III-V выращивались не на химико-механически полированной подложке, как это было ранее, а на кремниевой пластине, которая после распиливания кристалла в несложном процессе с использованием только недорогое шлифование - и процессы травления лечились. В рамках европейского проекта SiTaSol датская компания Topsil разработала эти кремниевые пластины, сделав тем самым важный шаг на пути к экономичному производству новых многопереходных солнечных элементов. В будущем цель будет состоять в том, чтобы еще больше повысить эффективность и наносить слои еще быстрее, с более высокой производительностью и, следовательно, более экономичным, с целью того, чтобы тандемная фотоэлектрическая система внесла важный вклад в фотоэлектрическую энергетику, необходимую для энергетического перехода. может добиться расширения.

Ключевые технологии энергетического перехода

Электричество от солнечных батарей в настоящее время является самым дешевым видом производства энергии во многих частях мира. «Европейские фотоэлектрические исследования разрабатывают множество концепций для дальнейшего развития эффективности этой ключевой технологии для энергетического перехода», — говорит профессор, доктор. Стефан Глунц, руководитель отдела фотоэлектрических исследований. «Мы не только работаем над тем, чтобы сделать производство кремниевых солнечных элементов еще более устойчивым и экономически эффективным, но в то же время мы изучаем новые способы использования проверенного кремния в сочетании с другими полупроводниковыми материалами для достижения еще более высокой эффективности. Мы можем достичь этого с помощью тандемной фотоэлектрической системы. «Тандемная фотоэлектрическая система не только открывает путь в будущее производства электроэнергии, эти солнечные элементы – благодаря своему более высокому напряжению – также идеально подходят для электролиза, прямого разложения воды на водород и кислород. Таким образом, эта технология также способствует производству водорода как устройства хранения энергии и важного строительного элемента для энергетического перехода.

Слоистая структура многопереходного солнечного элемента III-V/Si – © Fraunhofer ISE

Слоевая структура многократного солнечного элемента III-V/Si, квантовая эффективность и ВАХ в спектральных условиях AM 1,5g

Более высокая эффективность в тандеме – новый рекорд солнечных батарей

Исследования в области фотоэлектричества упорно работают над постоянным повышением эффективности солнечных элементов. Все больше внимания уделяется тандемной фотоэлектрической энергетике, в которой высокоэффективные материалы солнечных элементов объединяются в различных комбинациях, чтобы еще более эффективно использовать солнечный спектр для преобразования света в электрическую энергию. Fraunhofer ISE сообщает о новом рекордном КПД тандемного солнечного элемента III-V/Si, выращенного непосредственно на кремнии, в 25,9 процента. Впервые это было произведено на недорогой кремниевой подложке – важная веха на пути к экономичным решениям для тандемных фотоэлектрических систем.

Несколько тандемных солнечных элементов III-V на кремниевой подложке диаметром 10 см – © Fraunhofer ISE – Фото: Маркус Фейфель

Институт солнечных энергетических систем Фраунгофера (ISE) уже много лет работает над многопереходными солнечными элементами, в которых две или три частичные ячейки расположены одна над другой для преобразования различных длин волн солнечного света в электричество. В качестве поглотителя инфракрасной части спектра подойдет кремний, а также слои полупроводников III-V, материалов III и V групп таблицы Менделеева, более эффективно преобразующие ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный свет в электричество, осаждаемое на самое верхнее. Чистые полупроводниковые солнечные элементы III-V уже используются в космосе и в фотоэлектрических концентраторах. Благодаря более экономичным процессам в сочетании с кремнием в качестве нижнего элемента тандемная технология должна стать доступной для фотоэлектрических систем широкого спектра в будущем. Однако до этого еще предстоит пройти долгий путь.

25,9 процента для тандемных солнечных элементов III-V/Si, выращенных непосредственно на кремнии

Существуют разные подходы для получения комбинаций солнечных элементов III-V и кремния. Например, с 2019 года Fraunhofer ISE владел мировым рекордом в 34,1 % эффективности (в настоящее время 34,5 процента) для тандемного солнечного элемента, в котором полупроводниковые слои III-V переносятся из субстрата арсенида галлия в силикон, со слоями Так называемая пластина. Эта технология эффективна, но дорогая. По этой причине Fraunhofer ISE в течение многих лет работал над более прямыми производственными процессами, в которых слои III-V ведут или эпитаксируются на кремниевый солнечный элемент. Здесь крайне важно поддерживать высокое качество кристаллов всех слоев - главная задача. Новая эффективность рекордного мира в 25,9 процента в настоящее время достигнута для таких солнечных элементов III-V/SI, выращенного непосредственно на кремнии. Ученый Фраунхофер Исе Маркус Фейфель недавно смог представить свой успех на 47 -й конференции по фотоэлектрическим специалистам IEEE, которая, как и многие конференции в настоящее время, и была удостоена чести студенческой награды в гибридных тандемных кольцах категории. «Снаружи сложная внутренняя структура клетки не видна, поскольку все поглотители связаны друг с другом дополнительными кристаллическими слоями и электрически подключенными», - объясняет молодые исследования солнечных батарей с 24,3 до 3 25,9 процента менее чем за год. «Этот успех был достигнут путем замены одного тонкого слоя в множественной ячейке», - продолжает он. «Тщательный анализ наших клеток показал, что этот слой создал барьер для линии электропередачи».

В небольших шагах исследователи Fraunhofer с 2007 года разрабатывают эту технологию в сотрудничестве с техническим университетом Ильмену, Филиппс Univ. Марбург и компания AIXTRON, создавая специальное оборудование для эпитаксии и изучая каждый уровень структуры. Эксплуатация тезисов финансировалась Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF) в рамках проектов «III-V-SI» и «Mehrsi». Особая основная момента нового тандемного солнечного элемента заключается в том, что слои III-V были выращены не на химическом механически полированном субстрате, как это было ранее, но на кремниевой пластине, что, афера, расписывающее кристалл, что сочило в простом обработке, используя использование. Только недорогое измельчение и Процессы травления. В рамках европейского проекта «Sitasol» датская компания Topsil разработала диссертацию кремниевых пластин и, таким образом, осознала важный шаг к экономическому производству новых солнечных элементов с несколькими соединениями. В будущем цель будет состоять в том, чтобы еще быстрее и настолько быстрее реализовать эффективность, и, следовательно, более высокая затрат, с целью, что тандемная фотоэлектрика может внести импортный вклад в фотоэлектрическое расширение Необходимо для переворота энергии.

Ключевые технологии трансформации энергосистемы

Во многих частях мира сегодня электричество от солнечных элементов является самой дешевой формой производства энергии. «Европейские фотоэлектрические исследования работают над многочисленными концепциями для дальнейшего развития эффективности этой ключевой технологии для оборота энергии», - говорит проф. Доктор. Стефан Глюнц, глава Отдела исследований фотоэлектрических лиц. «Мы работаем не только над тем, чтобы сделать производство солнечных элементов кремния еще более устойчивым и затратным, но в то же время мы настолько разбиваем новую почву, чтобы привести проникновение кремния в сочетании с другими полупроводниковыми материалами к даже эффективности. Мы достигаем этого с помощью тандемной фотоэлектрики. Тандемная фотоэлектрика не только в будущем выработки электроэнергии, то тезисные солнечные элементы - из -за их более высокого напряжения - идеально подходят для электролиза, прямого разложения воды в водород и кислород. Таким образом, эта технология способствует производству водорода в качестве среды для хранения энергии и важный строительный блок для оборота энергии.

Слоистая структура многопереходного солнечного элемента III-V/Si – © Fraunhofer ISE

Слоевая структура многопереходного солнечного элемента III-V/Si, квантовая эффективность и ВАХ в спектральных условиях AM 1,5g