Sumber: solarindustrymag.com
Penyelidik di Jabatan Tenaga ASMakmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan(NREL) telah mencipta sel suria dengan rekod kecekapan 39.5 peratus di bawah 1-pencahayaan global matahari. Ini ialah sel suria kecekapan tertinggi daripada sebarang jenis, diukur menggunakan 1-keadaan matahari standard.
"Sel baharu ini lebih cekap dan mempunyai reka bentuk yang lebih ringkas yang mungkin berguna untuk pelbagai aplikasi baharu, seperti aplikasi terhad kawasan atau aplikasi ruang sinaran rendah," kata Myles Steiner, saintis kanan dalam Kecekapan Tinggi NREL. Kumpulan Crystalline Photovoltaics (PV) dan penyiasat utama projek itu. Dia bekerja bersama rakan sekerja NREL Ryan France, John Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle Young dan Alan Kibbler.
Butiran pembangunan digariskan dalam kertas "Sel solar tiga persimpangan dengan 39.5 peratus kecekapan terestrial dan 34.2 peratus ruang yang didayakan oleh superlattices telaga kuantum tebal," yang muncul dalam edisi Mei jurnal Joule.
Para saintis NREL sebelum ini mencipta rekod pada 2020 dengan sel suria enam simpang cekap 39.2 peratus menggunakan bahan III-V.
Beberapa sel suria terbaharu yang terbaik telah berdasarkan seni bina berbilang simpang metamorfik terbalik (IMM) yang dicipta di NREL. Sel solar IMM simpang tiga yang baru dipertingkatkan ini kini telah ditambah pada Carta Kecekapan Sel Penyelidikan Terbaik. Carta, yang menunjukkan kejayaan sel suria eksperimen, termasuk rekod IMM tiga persimpangan sebelumnya sebanyak 37.9 peratus yang ditubuhkan pada 2013 oleh Sharp Corporation of Japan.
Peningkatan kecekapan berikutan penyelidikan ke dalam sel suria "telaga kuantum", yang menggunakan banyak lapisan sangat nipis untuk mengubah suai sifat sel suria. Para saintis membangunkan sel suria telaga kuantum dengan prestasi yang tidak pernah berlaku sebelum ini dan melaksanakannya ke dalam peranti dengan tiga simpang dengan jurang jalur yang berbeza, di mana setiap simpang ditala untuk menangkap dan menggunakan kepingan spektrum suria yang berbeza.
Bahan III-V, dinamakan demikian kerana tempat ia berada dalam jadual berkala, merangkumi julat lebar jurang jalur tenaga yang membolehkannya menyasarkan bahagian spektrum suria yang berbeza. Persimpangan atas diperbuat daripada gallium indium phosphide (GaInP), bahagian tengah gallium arsenide (GaAs) dengan telaga kuantum, dan bahagian bawah gallium indium arsenide (GaInAs) yang tidak padan kekisi. Setiap bahan telah sangat dioptimumkan selama beberapa dekad penyelidikan.
"Elemen utama ialah walaupun GaA adalah bahan yang sangat baik dan biasanya digunakan dalam sel multijunction III-V, ia tidak mempunyai celah jalur yang betul untuk sel tiga simpang, bermakna keseimbangan arus foto antara tiga sel tidak optimum. ," komen Perancis, saintis kanan dan pereka sel. "Di sini, kami telah mengubah suai jurang jalur sambil mengekalkan kualiti bahan yang sangat baik dengan menggunakan telaga kuantum, yang membolehkan peranti ini dan kemungkinan aplikasi lain."
Para saintis menggunakan telaga kuantum di lapisan tengah untuk memanjangkan celah jalur sel GaAs dan meningkatkan jumlah cahaya yang boleh diserap oleh sel. Yang penting, mereka membangunkan peranti telaga kuantum optik tebal tanpa kehilangan voltan yang besar. Mereka juga mempelajari cara menyepuhlindap sel atas GaInP semasa proses pertumbuhan untuk meningkatkan prestasinya dan cara meminimumkan ketumpatan kehelan benang dalam GaInA yang tidak padan kekisi, yang dibincangkan dalam penerbitan berasingan. Secara keseluruhannya, ketiga-tiga bahan ini memaklumkan reka bentuk sel novel.
Sel III-V terkenal dengan kecekapan tinggi mereka, tetapi proses pembuatan secara tradisinya mahal. Setakat ini, sel III-V telah digunakan untuk menjanakan aplikasi seperti satelit angkasa lepas, kenderaan udara tanpa pemandu dan aplikasi khusus lain. Penyelidik di NREL telah berusaha ke arah mengurangkan kos pembuatan sel III-V secara drastik dan menyediakan reka bentuk sel ganti, yang akan menjadikan sel ini ekonomi untuk pelbagai aplikasi baharu.
Sel III-V baharu juga telah diuji sejauh mana kecekapannya dalam aplikasi angkasa lepas, terutamanya untuk satelit komunikasi, yang dikuasakan oleh sel solar dan yang mana kecekapan sel yang tinggi adalah penting dan mencapai 34.2 peratus untuk permulaan- ukuran kehidupan. Reka bentuk sel semasa adalah sesuai untuk persekitaran sinaran rendah, dan aplikasi sinaran lebih tinggi mungkin didayakan dengan pembangunan selanjutnya struktur sel.
NREL ialah makmal kebangsaan utama Jabatan Tenaga AS untuk penyelidikan dan pembangunan tenaga boleh diperbaharui dan kecekapan tenaga. NREL dikendalikan untuk Jabatan Tenaga oleh Alliance for Sustainable Energy LLC.
