13:27
Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL) создали солнечный элемент с рекордной эффективностью 39,5% при глобальном освещении в 1 солнце. Это солнечный элемент с самой высокой эффективностью среди всех типов, измеренный в стандартных условиях с одним солнцем.
Данная стандартная мера равна 100 мВт/см2 излучения и относится к мощности на единицу площади, полученной от солнца в виде электромагнитного излучения, измеренной в диапазоне длин волн измерительного прибора.
По словам ученых, новая ячейка может быть полезна для приложений с очень ограниченной площадью или космических приложений с низким уровнем излучения.
В статье, опубликованной в журнале Joule , исследователи объясняют, что повышение эффективности последовало за исследованиями солнечных элементов с «квантовой ямой», в которых используется множество очень тонких слоев для изменения свойств солнечных элементов.
Галлий является ключевым
В частности, они разработали солнечный элемент с квантовой ямой с беспрецедентной производительностью и внедрили его в устройство с тремя переходами с разной шириной запрещенной зоны, где каждый переход настроен на улавливание и использование разных частей солнечного спектра. Верхний переход выполнен из фосфида галлия-индия (GaInP), средний - из арсенида галлия (GaAs) с квантовыми ямами, а нижний - из арсенида галлия-индия с несогласованной решеткой (GaInAs).
«Ключевой элемент заключается в том, что, хотя GaAs является отличным материалом и обычно используется в многопереходных элементах III-V, он не имеет достаточно правильной ширины запрещенной зоны для трехпереходного элемента, а это означает, что баланс фототоков между тремя элементами не является оптимальным. », — сказал Райан Франс, старший научный сотрудник и дизайнер клеток.
«Здесь мы изменили ширину запрещенной зоны, сохранив при этом превосходное качество материала с помощью квантовых ям, что позволяет использовать это устройство и, возможно, другие приложения».
Ученые использовали квантовые ямы в среднем слое, чтобы расширить запрещенную зону ячейки GaAs и увеличить количество света, которое ячейка может поглощать. Важно отметить, что они разработали оптически толстые устройства с квантовыми ямами без значительных потерь напряжения. Они также узнали, как отжигать верхнюю ячейку GaInP в процессе выращивания, чтобы улучшить ее характеристики и минимизировать плотность прорастающих дислокаций в GaInAs с несогласованной решеткой. В целом, эти три материала формируют новую конструкцию ячейки.
Затем новый элемент был протестирован на предмет того, насколько он будет эффективен в космических приложениях, особенно для спутников связи, которые питаются от солнечных элементов и для которых важна высокая эффективность элемента, и показал 34,2% для измерения в начале срока службы.
Существующая конструкция ячейки подходит для сред с низким уровнем излучения, а приложения с более высоким излучением могут быть обеспечены дальнейшим развитием структуры ячейки.
