Новый солнечный элемент с квантовой ямой установил мировой рекорд эффективности

Ученые продолжают повышать эффективность солнечных панелей все выше и выше, и есть новый рекорд: новый солнечный элемент достиг эффективности 39,5% при стандартных условиях глобального освещения в 1 солнце.

Этот маркер с одним солнцем — это просто стандартизированный способ измерения фиксированного количества солнечного света, и почти 40 процентов этого излучения теперь можно преобразовать в электричество. Предыдущий рекорд для этого типа материала для солнечных панелей составлял 39,2 %.

Существует больше типов солнечных элементов, чем вы могли себе представить. Используемый здесь тип, тандемные солнечные элементы III-V с тройным переходом, часто используется в спутниках и космических аппаратах, хотя они имеют большой потенциал и здесь, на твердой поверхности.

«Новый элемент более эффективен и имеет более простую конструкцию, которая может быть полезна для множества новых приложений, таких как приложения с очень ограниченной площадью или космические приложения с низким уровнем излучения», — говорит физик Майлс Штайнер из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в Колорадо. /p>

Тройная часть уравнения важна с точки зрения эффективности солнечной батареи. Каждое соединение концентрируется на определенной части диапазона солнечного спектра, а это означает, что меньше света теряется и остается неиспользованным.

Дальнейшее повышение эффективности было достигнуто за счет использования так называемых технологий «квантовой ямы». Физика, стоящая за ними, довольно сложна, но общая идея заключается в том, что материалы тщательно выбираются и оптимизируются, а также делаются как можно тоньше. Это влияет на ширину запрещенной зоны, минимальное количество энергии, необходимое для возбуждения электронов и протекания тока.

В этом случае три перехода состоят из фосфида галлия-индия (GaInP) и арсенида галлия (GaAs). с добавлением некоторых дополнительных квантовых ям и арсенида галлия-индия (GaInAs).

«Ключевым элементом является то, что, хотя GaAs является превосходным материалом и обычно используется в многопереходных элементах III-V, он не имеет достаточно правильная ширина запрещенной зоны для трехпереходной ячейки, а это означает, что баланс фототоков между тремя ячейками не оптимален», — говорит физик Райан Франс из NREL.

«Здесь мы изменили ширину запрещенной зоны, сохранив при этом превосходное качество материала за счет использования квантовых ям, что позволяет использовать это устройство и, возможно, другие приложения».

Некоторые из улучшений, добавленных в эту последнюю ячейку, включают увеличение количества поглощаемого света без соответствующей потери напряжения. Чтобы свести к минимуму ограничения, было также внесено несколько других технических изменений.

Это самая высокая эффективность на 1 солнце из всех когда-либо зарегистрированных элементов солнечной панели, хотя мы видели более высокую эффективность при более интенсивном солнечном излучении. Хотя технологиям требуется время, чтобы превратиться из лаборатории в реальные продукты, потенциальные улучшения впечатляют.

Элементы также продемонстрировали впечатляющую эффективность использования пространства на уровне 34,2 %. использовать на орбите. Их вес и устойчивость к высокоэнергетическим частицам делают их особенно подходящими для этой задачи.

«Поскольку на момент написания этой статьи это солнечные элементы с максимальной эффективностью 1 солнце, они также устанавливают новый стандарт достижимых эффективности всех фотогальванических технологий», — пишут исследователи в опубликованной статье.

Исследование опубликовано в джоулях.