Kaynak: solarindustrymag.com
ABD Enerji Bakanlığı araştırmacılarıUlusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı(NREL), 1-güneş küresel aydınlatması altında yüzde 39,5'lik rekor bir verimliliğe sahip bir güneş pili yarattı. Bu, standart 1-güneş koşulları kullanılarak ölçülen, her türden en yüksek verimli güneş pilidir.
NREL'in Yüksek Verimlilik bölümünde kıdemli bir bilim adamı olan Myles Steiner, "Yeni hücre daha verimli ve oldukça kısıtlı alan uygulamaları veya düşük radyasyonlu alan uygulamaları gibi çeşitli yeni uygulamalar için faydalı olabilecek daha basit bir tasarıma sahip" diyor. Kristalin Fotovoltaik (PV) Grubu ve projede baş araştırmacı. NREL meslektaşları Ryan France, John Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle Young ve Alan Kibbler ile birlikte çalıştı.
Gelişmenin ayrıntıları, Joule dergisinin Mayıs sayısında yer alan "Yüzde 39,5 karasal ve yüzde 34,2 alan verimliliğine sahip, kalın kuantum kuyusu süper örgüleri tarafından sağlanan üç eklemli güneş pilleri" başlıklı makalede özetlenmiştir.
NREL bilim adamları daha önce 2020'de III-V malzemeleri kullanan yüzde 39,2 verimli altı kavşaklı güneş pili ile bir rekor kırdılar.
En yeni güneş pillerinin birçoğu, NREL'de icat edilen ters çevrilmiş metamorfik çok eklemli (IMM) mimarisine dayanmaktadır. Bu yeni geliştirilmiş üçlü kavşak IMM güneş pili, şimdi En İyi Araştırma-Hücre Verimliliği Tablosuna eklendi. Deneysel güneş pillerinin başarısını gösteren çizelge, Sharp Corporation of Japan tarafından 2013 yılında kurulan yüzde 37,9'luk önceki üç kavşaklı IMM rekorunu içeriyor.
Verimlilikteki gelişme, güneş pili özelliklerini değiştirmek için birçok çok ince katman kullanan "kuantum kuyusu" güneş pilleri araştırmasını takip etti. Bilim adamları, benzeri görülmemiş bir performansa sahip bir kuantum kuyusu güneş pili geliştirdiler ve bunu, her bir bağlantının güneş spektrumunun farklı bir dilimini yakalamak ve kullanmak için ayarlandığı, farklı bant aralıklarına sahip üç bağlantıya sahip bir cihaza uyguladılar.
Periyodik tabloda düştükleri yer nedeniyle bu şekilde adlandırılan III-V malzemeleri, güneş spektrumunun farklı kısımlarını hedeflemelerine izin veren geniş bir enerji bant aralığına sahiptir. Üst bağlantı galyum indiyum fosfitten (GaInP), kuantum kuyularıyla galyum arsenidin (GaAs) ortasından ve kafes uyumsuz galyum indiyum arsenidin (GaInAs) alt kısmından yapılmıştır. Her malzeme, onlarca yıllık araştırmalar sonucunda yüksek düzeyde optimize edilmiştir.
"Önemli bir unsur, GaAs'ın mükemmel bir malzeme olmasına ve genellikle III-V çok bağlantı hücrelerinde kullanılmasına rağmen, üç bağlantı hücresi için tam olarak doğru bant aralığına sahip olmamasıdır, bu da üç hücre arasındaki fotoakım dengesinin optimal olmadığı anlamına gelir. ," diyor Fransa, kıdemli bilim adamı ve hücre tasarımcısı. "Burada, bu cihazı ve potansiyel olarak diğer uygulamaları sağlayan kuantum kuyularını kullanarak mükemmel malzeme kalitesini korurken bant aralığını değiştirdik."
Bilim adamları, GaAs hücresinin bant aralığını genişletmek ve hücrenin emebileceği ışık miktarını artırmak için orta katmandaki kuantum kuyularını kullandılar. Önemli olarak, büyük voltaj kaybı olmadan optik olarak kalın kuantum kuyusu cihazları geliştirdiler. Ayrıca, performansını artırmak için büyüme süreci sırasında GaInP üst hücresinin nasıl tavlanacağını ve ayrı yayınlarda tartışılan kafes uyumsuz GaInA'larda diş açma dislokasyon yoğunluğunun nasıl en aza indirileceğini öğrendiler. Toplamda, bu üç malzeme yeni hücre tasarımını bilgilendirir.
III-V hücreleri, yüksek verimlilikleriyle bilinir, ancak üretim süreci geleneksel olarak pahalıdır. Şimdiye kadar, III-V hücreleri uzay uyduları, insansız hava araçları ve diğer niş uygulamalar gibi uygulamalara güç sağlamak için kullanıldı. NREL'deki araştırmacılar, III-V hücrelerinin üretim maliyetini büyük ölçüde azaltmak ve bu hücreleri çeşitli yeni uygulamalar için ekonomik hale getirecek alternatif hücre tasarımları sağlamak için çalışıyorlar.
Yeni III-V hücresi ayrıca, özellikle güneş pilleri ile çalışan ve yüksek hücre verimliliğinin çok önemli olduğu iletişim uyduları için uzay uygulamalarında ne kadar verimli olacağı konusunda test edildi ve bir başlangıç için yüzde 34,2 ile geldi. yaşam ölçümü. Hücrenin mevcut tasarımı, düşük radyasyonlu ortamlar için uygundur ve hücre yapısının daha da geliştirilmesiyle daha yüksek radyasyon uygulamaları etkinleştirilebilir.
NREL, ABD Enerji Bakanlığı'nın yenilenebilir enerji ve enerji verimliliği araştırma ve geliştirme için birincil ulusal laboratuvarıdır. NREL, Alliance for Sustainable Energy LLC tarafından Enerji Departmanı için işletilmektedir.
