Новий запис сонячної клітини - новий запис сонячної клітини

Опубліковано: 10 серпня 2020 р. / Оновлення з: 17 серпня 2020 р. - Автор: Конрад Вольфенштейн

Перейдіть на англійську версію

Більш висока ефективність в тандемі - новий запис сонячних комірок

Фотоелектричні дослідження відтворюються для подальшого підвищення ефективності сонячних батарей. Тандемна фотоелектрика все частіше зосереджується, в якій потужні матеріали сонячних батарей поєднуються в різних комбінаціях, щоб використовувати спектр Сонця ще більш ефективно при перетворенні світла в електричну енергію. Зараз Fraunhofer ISE має 25,9 відсотка ефективності нового рекорду для тандемсолярної клітини III-V/SI, вирощеної безпосередньо на кремнію. Це вперше було вироблено на недорозі кремнієву субстрат-важлива віха на шляху до економічних рішень для тандемної фотоелектрики.

Кілька тандемсолярних клітин III-V на кремнієвому субстраті діаметром 10 см.

Інститут систем сонячної енергії Fraunhofer ISE працює над декількома сонячними батареями протягом багатьох років, в яких дві-три субклітини розташовані один на одного, щоб перетворити різні довжини хвилі сонячного світла в електроенергію. Кремнію підходить для інфрачервоної частки спектру як поглинача, і застосовуються кілька мікрометрів тонких шарів із сходів III-V-Neck, це матеріали з III та V періодичної системи, які перетворюють ультрафіолетовий, видимий та близький інфрачервоний світло в електрику. Чисті напівпровідникові сонячні клітини III-V вже використовуються в космічній та концентраторній фотоелектриці. Надалі технологія тандему також буде доступною для широкої фотоелектрики через економічно вигідні процедури у взаємодії з кремнієм як найнижчою субклітинною. Однак до цього часу це ще довгий шлях.

25,9 відсотка для тандемсолярної клітини III-V/SI, вирощених безпосередньо на кремнію

Існують різні підходи до створення комбінацій III V та сонячних батарей кремнію. З 2019 року Fraunhofer має світову рекордну вартість 34,1 відсотка ефективності (нові 34,5 відсотка) для тандемної сонячної батареї, в якій шари напівпровідників III-V передаються з підкладки арсеніду галій до кремнію, при цьому шари з'єднані так званою пласкованою зв'язком. Ця технологія ефективна, але дорога. Тому ISE Fraunhofer вже багато років працює над більш прямими виробничими процесами, в яких шари III-V розділені або епітаксисовані на сонячній комірці кремнію. Важливо отримати високу якість кристалів усіх шарів - велика проблема. Зараз для такої тандемсолярної клітини III-V/SI, що виросла безпосередньо на кремнію. Нещодавно вчений Fraunhofer ISE Маркус Фейфель представив свій успіх на 47 -й конференції спеціалістів із фотоелектричних спеціалістів IEEE, яка, як і багато конференцій, в даний час проводиться в Інтернеті і була відзначена студентською нагородою в категорії гібридних тандемсолярних клітин. "Ззовні комплексна внутрішня структура клітини не видно, оскільки всі поглиначі з'єднані та електрично взаємопов'язані подальшими кристалічними шарами", - пояснює дослідник молодих сонячних батарей, який зміг покращити результат своєї роботи з 24,3 до 25,9 відсотка за один рік. "Цей успіх був успішним шляхом обміну одним тонким шаром у множинній клітині", - пояснює він. "Ретельний аналіз наших клітин показав, що цей шар призвів до бар'єру для лінії електропередач".

У невеликих кроках дослідники Fraunhofer мали технології з 2007 року разом з Tu Ilmenau, Philipps Univ. Марбург та компанія Aixstron надалі розробляли, створили спеціальні системи епітаксії та досліджували кожен шар структури. Ці розробки фінансувались Федеральним міністерством досліджень BMBF як частини проектів "III-V-SI" та "Mehrsi". Особливою родзинкою нової тандемної сонячної клітини є те, що шари III-V були вирощені не як зазвичай на хімічно-механічно відшліфованій підкладці, а на кремнієвій вафлі, яку обробляли лише в простому процесі після розпилювання кристала, використовуючи недорогі процеси шліфування та травлення. У рамках європейського проекту SITASOL, датська компанія Topsil розробила цю кремнію і, таким чином, реалізувала важливий крок до економічного виробництва нових багатьох сонячних батарей. В майбутньому мова йде про підвищення ефективності ще більше, а розлучення шарів ще швидше, з більшою пропускною здатністю і, таким чином, більш рентабельним, з метою того, щоб тандемна фотоелектрична може внести важливий внесок у фотоелектричний період, необхідний для енергетичного переходу.

Основна технологія переходу енергії

Електрика з сонячних клітин - найдешевша форма вироблення енергії у багатьох частинах світу сьогодні. "Європейські фотоелектричні дослідження мають численні поняття, щоб ще більше розвивати ефективність цієї ключової технології для переходу енергії", - сказав професор доктор Стефан Глунц, керівник фотоелектричних досліджень. »Ми не тільки працюємо над тим, щоб зробити виробництво сонячних батарей кремнію ще більш стійкими та дешевшими, але в той же час розбити нову грунт, щоб вести перевірений кремній у зв'язку з іншими напівпровідниковими матеріалами до ще більшої ефективності. Ми досягаємо успіху в тандемі фотоелектрики. «Тандемна фотоелектрична не тільки відкриває шлях до майбутнього виробництва електроенергії, ці сонячні батареї підходять до їх більш високої напруги, також ідеальної для електролізу, прямого розщеплення води у водень та кисень. Ця технологія також робить внесок у вилучення водню як зберігання енергії та важливий будівельний блок для переходу енергії.

Слайд-структура III-V/SI Множина сонячної клітини-© Fraunhofer ISE

Структура латио множинних сонячних батарей III-V/SI, квантова ефективність та IV характеристики за спектральних умов 1,5 г.

Більш висока ефективність в тандемі - новий запис сонячних комірок

Дослідження фотоелектрики наполегливо працюють над тим, щоб постійно збільшити ефективність сонячних батарей. Все частіше зосереджено увагу на тандемній фотоелектриці, в якій високоефективні матеріали сонячних батарей об'єднуються в різних комбінаціях, щоб використовувати сонячний спектр ще більш ефективно в перетворенні світла в електричну енергію. Зараз Fraunhofer ISE повідомляє про нову рекордну ефективність 25,9 відсотка для сонячних батарей III-V/SI Tandem, вирощених безпосередньо на кремнію. Вперше це було вироблено на недорозі кремнієвий субстрат-важлива віха на шляху до економічних рішень для тандемної фотоелектрики.

Кілька сонячних батарей III-V на кремнієвому субстраті діаметром 10 см- © Fraunhofer Ise-Photo: Markus feifel

Інститут систем сонячної енергії Fraunhofer ISE вже багато років працює над сонячними батареями з мультисекундами, в яких дві-три часткові клітини розташовані один над іншим для перетворення різних довжин хвиль сонячного світла в електроенергію. Кремній є придатним як поглинач для інфрачервоної частини спектру, а шари напівпровідників III-V, матеріали з III та V таблиці періодичних, які перетворюють ультрафіолет, видиме та поблизу інфрачервоного світла в електроенергію, відкладаються поверх нього. Чисті напівпровідникові сонячні клітини III-V вже використовуються в космосі та у фотоелектриці концентратора. Завдяки більш економічно вигідним процесам у поєднанні з кремнію як найнижчою субклітинною технологією, технологія тандему повинна бути доступною для широкої фотоелектрики в майбутньому. Однак до цього часу ще є довгий шлях.

25,9 відсотка для сонячних батарей III-V/SI, вирощених безпосередньо на кремнію

Існують різні підходи для створення комбінацій III-V та кремнієвих сонячних батарей. Наприклад, з 2019 року Fraunhofer ISE провів світовий рекорд на 34,1 відсотка ефективності (зараз 34,5 відсотка) для тандемної сонячної батареї, в якій напівпровідникові шари III-V переносяться з підкладки арсеніду галлію, до силікону, з шарами LIGG, підключеними так званою вафельною облігацією. Ця технологія ефективна, але дорога. З цієї причини Fraunhofer ISE вже багато років працює над більш прямими виробничими процесами, в яких шари III-V відкладаються або епітаксуються на кремній сонячну комірку. Тут важливо підтримувати високу якість кристалів усіх шарів - головна проблема. Новий світовий рекордна ефективність у розмірі 25,9 відсотка зараз була досягнута для такої сонячної клітини Tandem Tandem Solar, що вирощується безпосередньо на кремнію. Вчений Fraunhofer ISE Маркус Фейфель нещодавно зміг представити свій успіх на 47 -й конференції спеціалістів Photoveoltaic IEEE, яка, як і багато конференцій на даний момент, і була відзначена студентською нагородою в гібридній тандемній клітинах категорії. "Ззовні комплексна внутрішня структура клітини не видно, оскільки всі поглиначі підключені один до одного додатковими кристалічними шарами та електрично провідними", - пояснює дослідження молодих сонячних батарей на 25,9 відсотка менше ніж за рік. "Цей успіх був досягнутий шляхом заміни одного тонкого шару всередині множинної клітини", - продовжує він. "Ретельний аналіз наших клітин виявив, що цей шар створив бар'єр для лінії електропередач".

У невеликих кроках дослідники Fraunhofer розвивають цю технологію далі з 2007 року у співпраці з Технічним університетом Ільменау, Філіппс Університет. Марбург та компанія Aixtron, створюючи спеціальне обладнання для епітакси та вивчаючи кожен шар структури. Розвиток дисертації фінансувалося Федеральним міністерством освіти та досліджень Німеччини (BMBF) в рамках проектів "III-V-SI" та "Mehrsi". Особлива родзинка нової тандемної сонячної клітини полягає в тому, що шари III-V були вирощені не на хімічно-механічно відшліфованому субстраті, як раніше, а на кремнієвій вафлі, яка, розпилюючи кристал, те, що обробляється у простому процесі, використовуючи лише недорогі процеси шліфування та травлення. У рамках європейського проекту "Sitasol" датська компанія Topsil розробила кремнієві вафлі дипломної роботи і, таким чином, реалізувала важливим кроком до економічного виробництва нових сонячних батарей. В майбутньому метою буде ще більше скористатися ефективністю, і таким чином реалізувати осадження шарів ще швидше, з високою високою та, таким чином, більш високою вартістю, з метою того, що тандемна фотоелектрика може внести імпортний внесок у фотоелектричну експансію, необхідну для повороту енергії.

Основна технологія трансформації енергетичної системи

У багатьох частинах світу сьогодні електроенергія з сонячних батарей - це найдешевша форма вироблення енергії. "Європейські фотоелектричні дослідження працюють над численними концепціями для подальшого розвитку ефективності цієї ключової технології для повороту енергії", - каже професор доктор Стефан Глунц, керівник відділу досліджень фотоелектрики. "Ми не тільки працюємо над тим, щоб зробити виробництво сонячних батарей ще більш стійкими та рентабельними, але в той же час ми так розбиваємо нову землю, щоб привести перевірений кремній у поєднанні з іншими напівпровідниковими матеріалами до навіть високої ефективності. Досягнення цього за допомогою тандемної фотоваляки. Внесене на виробництво гідрогену як енергетичного середовища.

Структура шару III-V/SI Multi-Junction Solar Cell- © Fraunhofer ISE

Структура шару III-V/SI багатоквартирних сонячних батарей, квантова ефективність та IV характеристики за 1,5 г спектральних умов