Ny solcellspost - Ny solcellspost

Publicerad den 10 augusti 2020 / UPDATE Från: 17 augusti 2020 - Författare: Konrad Wolfenstein

Byt till engelska versionen

Högre effektivitet i tandem - Ny solcellrekord

Fotovoltaisk forskning reproduceras för att ytterligare öka effektiviteten hos solceller. Tandem Photovoltaics fokuseras alltmer på, där kraftfulla solcellsmaterial kombineras i olika kombinationer för att använda solspektrumet ännu mer effektivt när man omvandlar ljus till elektrisk energi. Fraunhofer ISE har nu 25,9 procent effektivitet en ny rekord för en III-V/SI-tandemsolär cell som odlas direkt på kisel. Detta producerades först på en billig kiselsubstrat-en viktig milstolpe på väg till ekonomiska lösningar för tandemfotovoltaik.

Flera III-V-tandemsolära celler på ett kiselsubstrat med en diameter på 10 cm- © Fraunhofer Ise-Photo: Markus Feifel

Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE har arbetat med flera solceller i många år, där två eller tre underceller är arrangerade ovanpå varandra för att omvandla olika våglängder för solljus till elektricitet. Silicium är lämplig för den infraröda andelen av spektrumet som absorberare och några få mikrometer av tunna skikt från III-V-Neck-stegar appliceras, dessa är material från grupper III och V i det periodiska systemet, som omvandlar de ultravioletta, synliga och nära infrared ljuset till el. Rena III-V-halvledar solceller används redan i rymd- och koncentratorfotovoltaik. I framtiden kommer tandemteknologi också att göras tillgänglig för breda fotovoltaik genom kostnadseffektiva procedurer i interaktion med kisel som den lägsta undercellen. Fram till dess är det dock fortfarande långt.

25,9 procent för III-V/SI-tandemsolär cell som odlas direkt på Silicium

Det finns olika metoder för att skapa kombinationer av III V och kiselceller. Sedan 2019 har Fraunhofer hållit världsrekordvärdet på 34,1 procent effektivitet (nya 34,5 procent) för en tandemsolcell där III-V-halvledarskikten överförs från ett galliumarsenidsubstrat till kisel, med skikten anslutna med en så kallad skivbindning. Denna teknik är effektiv men dyr. Därför har Fraunhofer ISE arbetat med mer direkta tillverkningsprocesser under många år, där III-V-skikten är separerade eller avvisade på en kiselcell. Det är avgörande att få en hög kristallkvalitet på alla lager - en stor utmaning. En ny världsrekordeffektivitet har nu uppnåtts för en sådan III-V/SI-tandemsolär cell som odlades direkt på kisel. Fraunhofer Ise -forskaren Markus Feifel presenterade nyligen sin framgång på den 47: e IEEE Photovoltaic Specialists Conference, som, liksom många konferenser, för närvarande äger rum online och hedrades med Student Award i kategorin Hybrid Tandemsolära celler. "Från utsidan är den komplexa inre strukturen i cellen inte synlig, eftersom alla absorbenter är anslutna och elektriskt sammankopplade av ytterligare kristallskikt," förklarar den unga solcellforskaren, som kunde förbättra resultatet av sitt arbete från 24,3 till 25,9 procent på mindre än ett år. "Denna framgång lyckades genom att utbyta ett enda tunt lager i multipelcellen," förklarar han. "En noggrann analys av våra celler visade att detta lager ledde till en barriär för kraftledningen."

I små steg har Fraunhofer -forskarna haft teknik sedan 2007 tillsammans med Tu Ilmenau, Philipps Univ. Marburg och Aixtron -företaget utvecklades vidare, inrättade speciella epitaxi -system och undersökte varje enskilt lager av strukturen. Denna utveckling finansierades av det federala forskningsministeriet BMBF som en del av projekten "III-V-SI" och "Mehrsi". En speciell höjdpunkt i den nya tandemsolcellen är att III-V-skikten inte odlades som vanligt på ett kemiskt mekaniskt polerat substrat, men på en kiselskiva som endast behandlades i en enkel process efter att ha sågat kristallen med användning av billiga slipning och etsningsprocesser. Som en del av det europeiska Sitasol-projektet hade det danska företaget Topsil utvecklat denna kisel-wafer och därmed insett ett viktigt steg mot en ekonomisk produktion av de nya multipla solcellerna. I framtiden kommer det att handla om att öka effektiviteten ytterligare och skilsmässan av lager ännu snabbare, med högre genomströmning och därmed mer kostnadseffektiv, med målet att tandemfotovoltaik kan ge ett viktigt bidrag till den fotovoltaiska perioden som är nödvändig för energiövergången.

Nyckelteknologi för energiövergången

Elektricitet från solceller är den billigaste formen av energiproduktion i många delar av världen idag. "Europeisk fotovoltaisk forskning har många koncept som pågår för att utveckla effektiviteten i denna nyckelteknologi för energiövergången ytterligare", säger professor Dr. Stefan Glunz, chef för fotovoltaisk forskning. »Vi arbetar inte bara för att göra produktionen av kiselceller ännu mer hållbara och billigare, utan samtidigt bryta ny mark för att leda den beprövade kisel i samband med andra halvledarmaterial till ännu högre effektivitet. Vi lyckas med tandemfotovoltaik. «Tandem Photovoltaic öppnar inte bara vägen till framtiden för elproduktion, dessa solceller är på sin högre spännings-ideal för elektrolys, den direkta nedbrytningen av vatten i väte och syre. Denna teknik ger också ett bidrag till extraktionen av väte som en energilagring och viktig byggsten för energiövergången.

Slidstrukturen för III-V/SI multipel solcell- © Fraunhofer ise

Latiostruktur för III-V/SI multipel solcell, kvanteffektivitet och IV-egenskaper under de 1,5 g spektrala förhållandena

Högre effektivitet i tandem - Ny solcellrekord

Fotovoltaics Research arbetar hårt för att ständigt öka effektiviteten hos solceller. I allt högre grad är fokuset på tandemfotovoltaik, där högpresterande solcellsmaterial brister ihop i olika kombinationer för att använda solspektrumet ännu mer effektivt för att omvandla ljus till elektrisk energi. Fraunhofer ISE rapporterar nu en ny rekordeffektivitet på 25,9 procent för en III-V/SI-tandemsolcell som odlas direkt på kisel. För första gången producerades detta på en billig kiselsubstrat-en viktig milstolpe på väg till ekonomiska lösningar för tandemfotovoltaik.

Flera III-V-tandemsolceller på ett kiselsubstrat med 10 cm diameter- © Fraunhofer Ise-Photo: Markus Feifel

Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE har varit att arbeta i många år på solceller med flera korsningar där två eller tre partiella celler är ordnade över den andra för att omvandla olika våglängder för solljus till elektricitet. Kisel är lämpligt som en absorberare för den infraröda delen av spektrumet och skikt av III-V-halvledare, material från grupper III och V i det periodiska bordet, som omvandlar det ultravioletta, synliga och nära infraröd ljuset mer effektivt till elektricitet, deponeras ovanpå den. Ren III-V halvledar solceller används redan i rymden och i koncentratorfotovoltaik. Genom mer kostnadseffektiva processer i kombination med kisel som den lägsta undercellen ska tandemtekniken göras tillgänglig för bredbaserad fotovoltaik i framtiden. Men det finns fortfarande en lång väg att gå fram till dess.

25,9 procent för III-V/SI-tandemsolceller som odlas direkt på kisel

Det finns olika metoder för att producera kombinationer av III-V och kiselceller. Sedan 2019 hade Fraunhofer ISE till exempel världsrekordet på 34,1 procent effektivitet (nu 34,5 procent) för en tandemsolcell där III-V-halvledarskikt överförs från ett galliumarsenidsubstrat till silikon, med skikten av Ligg anslutet med en så kallad wafer. Denna teknik är effektiv men dyr. Av denna anledning har Fraunhofer ISE arbetat i många år med mer direkta tillverkningsprocesser där III-V-skikten är depositerade eller avvisade på en kiselcell. Här är det avgörande att upprätthålla en hög kristallkvalitet i alla lager - en stor utmaning. En ny världsrekordeffektivitet på 25,9 procent har nu uppnåtts för en sådan III-V/SI-tandem solcell som odlas direkt på kisel. Fraunhofer ISE -forskaren Markus Feifel kunde nyligen presentera sin framgång vid den 47: e IEEE Photovoltaic Specialists Conference, som, liksom många konferenser för närvarande, och hedrades med Student Award i kategorin Hybrid tandem solceller. "Från utsidan är den komplexa inre strukturen i cellen inte synlig, eftersom alla absorbenter är anslutna till varandra med ytterligare kristallskikt och elektriskt kopplade," förklarar den unga solcellforskningen 25,9 procent på mindre än ett år. "Denna framgång uppnåddes genom att ersätta ett enda tunt lager i multipelcellen," fortsätter han. "En noggrann analys av våra celler avslöjade att detta lager skapade en barriär mot kraftledningen."

I små steg har Fraunhofer -forskarna utvecklat tekniken vidare sedan 2007 i samarbete med det tekniska universitetet i Ilmenau, Philipps Univ. Marburg och företaget Aixtron, inrättar speciell epitaxutrustning och undersöker varje enskilt lager av strukturen. Avhandlingsutvecklingen finansierades av det tyska federala ministeriet för utbildning och forskning (BMBF) som en del av "III-V-SI" och "Mehrsi" -projekten. En speciell höjdpunkt i den nya tandemsolcellen är att III-V-skikt inte odlades på ett kemiskt mekaniskt polerat underlag som tidigare fallet, men på en kiselskiva som, efter att ha såg kristallen, vad som behandlades i en enkel process med endast billiga slipning och etsningsprocesser. Inom det europeiska projektet ”Sitasol” hade det danska företaget Topsil utvecklat avhandlingssilikonskivor och därmed insett att ett viktigt steg mot ekonomisk produktion av de nya solcellerna med flera korsningar. I framtiden kommer syftet att vara att rökas effektiviteten ytterligare och så att inse avsättningen av skikten ännu snabbare, med hög hög genom och därmed mer kostnadsfektivt, med syftet att tandemfotovoltaik kan ge ett importerat bidrag till den fotovoltaiska expansionen som är nödvändig för energifunktionen.

Nyckelteknologi för energisystemomvandling

I många delar av världen idag är el från solceller den billigaste formen för energiproduktion. "Europeisk fotovoltaisk forskning arbetar med många koncept för att vidareutveckla effektiviteten i denna nyckelteknologi för energipuraround," säger professor Dr. Stefan Glunz, chef för Photovoltaics Research Division. "Vi arbetar inte bara med att göra produktion av kiselceller ännu mer hållbara och kostnadseffektiva, utan samtidigt bryter vi så ny mark för att leda det beprövade kisel i kombination med andra halvledarmaterial till till och med hög effektivitet. Förvitar med tandemfotovoltaik. Bekämpar till produktionen av hydret som en energilagring och en viktig byggande för energiförvaltningen.

Skiktstruktur för III-V/SI-multi-korsningssolcellen- © Fraunhofer ISE

Skiktstruktur för III-V/SI Multi-korsning solcell, kvanteffektivitet och IV-egenskaper under på 1,5 g spektrala förhållanden