Солнечная или фотоэлектрические (PV), модули, которые преобразуют солнечный свет в электрическую энергию, имеют большую роль в стимулировании выработки солнечной энергии во всем мире, но исследователи до сих пор сталкиваются с ограничениями для расширения масштабов этой технологии. Например, разработка очень высокоэффективных солнечных батарей, с более высоким КПД остается первостепенной задачей. Помимо КПД, современные исследовательские институты так же закладывают и себестоимость производства солнечных клеток на сегодняшний день.
Команда исследователей из MIT и Масдар институт науки и техники, возможно, нашли компромисс между эффективностью и затратами. Команда разработала новую солнечную ячейку, которая сочетает в себе два различных слоя, поглощающего материала, чтобы собрать более широкий спектр солнечной энергии. Исследователи называют устройство «ступенчатым модулем», так как эти два слоя расположены ступенчато. Такая слоистая, или «многопереходная,» солнечная батарея, как правило дорога в изготовлении, но исследователи также использовали новый и недорогой производственный процесс для их изготовления.
Команда может достичь теоретической эффективности выше 40 процентов и оценили практическую эффективность на 35 процентов, что побудило главных исследователей команды, планировать запуск компании коммерциализировать многообещающий фотоэлемент. Фицджеральд, который запустил несколько стартапов, в том числе AmberWave Systems Corporation, Paradigm Research LLC, и 4Power LLC, считает, что шаг клетки могут быть готовы для рынка PV в течение следующего года или двух.
Команда представила свое первоначальное доказательство правильности концепции ступенчатого модуля в июне на 43 — й IEEE фотоэлектрической конференции специалистов в Портленде, штат Орегон. Исследователи также сообщили о своих результатах на 40 — м и 42 — м ежегодных конференций, а также в Журнале прикладной физики и IEEE Journal фотоэлементов .
Помимо кремния
Традиционные кремниевые кристаллические солнечные элементы, которые рекламировали как золотой стандарт в отрасли с точки зрения эффективности более десяти лет, являются относительно дешевыми в изготовлении, но они не очень эффективны при преобразовании солнечного света в электричество. В среднем, солнечные панели, изготовленные из кремния на основе солнечных элементов имеют КПД в пределах 15 и 20 процентов.
Низкая эффективность кремниевых, модулей обусловлена не восприимчивостью их к , излучению синего, зеленого и желтого световых волн, в электрическую энергию. Вместо этих световых волн кремний может эффективно преобразовывать только красный спектр световых волн в электрическую энергию.
Для того, чтобы использовать более высокий отрезок спектра нашего светила, ученые исследовали различные полупроводниковые материалы, такие как арсенид галлия и фосфида галлия. И они получили более высокую эффективность, чем кремний, самую высокую эффективность солнечных элементов смогли добиться при использование этих полупроводников поверх друг друга тонкой пленкой, чтобы каждый из них мог поглотить свой электромагнитный спектр.
Эти слоистые солнечные элементы могут достигать теоретического КПД свыше 50 процентов, но их очень высокие производственные затраты вытесняют их использование в дорогостоящую нишу, таких как на спутниках, где высокие затраты менее важны, чем малый вес и высокую эффективность.
Данные модули могут быть изготовлены на порядок дешевле, так как ключевой компонент изготавливается на подложке, которая может быть использована повторно. Устройство может, таким образом, способствовать росту коммерческого применения высокоэффективных, многопереходных солнечных батарей на промышленном уровне.
Проще говоря
На кремниевый элемент накладываются тонкие слои на основе арсенида галлия фосфид (GaAsP), в следствии чего, поверхность солнечного модуля поглощает и эффективно преобразует больше энергий фотонов, при низкой стоимости кремниевых солнечных батарей.
Галлий арсенид фосфид не могут быть выращены непосредственно на кремнии, так как ее кристаллические решетки значительно отличаются от кремния, поэтому кристаллы кремния деградируют Вот почему мы выращивали арсенида фосфид галлия на кремниевой германия — «Она обеспечивает более стабильную основу,» объясняет Nayfeh.
Проблема с слоем GaAsP является то, что SiGe поглощает более низкие энергии световых волн, прежде чем он достигнет нижнего слоя кремния, и SiGe не преобразует эти низко энергетические световые волны в ток.
«Чтобы улучшить показатели пропускания мы и решили применить ступенчатое применение слоев для повышения эффективности солнечного модуля на основе арсенида галлия и кремния фосфата,» говорит Nayfeh.
Поскольку тандем клетки соединены друг с другом, а не создается в виде монолитного фотоэлемента (где все слои выращена на одной подложке), то SiGe, может быть удален и повторно нанесен несколько раз, что значительно снижает затраты на производство.
«Добавим, что один слой арсенида галлия фосфида действительно может повысить эффективность солнечных батарей, но из-за уникальной способности стравливают германий кремния и его повторного использования, стоимость поддерживается на низком уровне, потому что вы можете окупить эти затраты кремния германий в течение изготовления многих клеток, «добавляет Fitzgerald.
История Источник:
Перевод : Н. Дмитрий
Материалы , предоставляемые Массачусетского технологического института . Примечание: Содержание может быть отредактирован для стиля и длины.
