Źródło: nrel.gov
Naukowcy z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) wyprodukowali ogniwo słoneczne o wydajności prawie 50%.
Sześciozłączowe ogniwo słoneczne jest obecnie rekordzistą świata pod względem najwyższej wydajności konwersji energii słonecznej na poziomie 47,1%, co zmierzono w warunkach skoncentrowanego oświetlenia. Odmiana tego samego ogniwa ustanowiła również rekord wydajności przy oświetleniu jednego słońca na 39,2%.
„To urządzenie naprawdę pokazuje niezwykły potencjał wielozłączowych ogniw słonecznych” - powiedział John Geisz, główny naukowiec w High-Efficiency Crystalline Photovoltaics Group w NREL i główny autor nowego artykułu na temat rekordowego ogniwa.
Artykuł „ Sześciozłączowe ogniwa słoneczne III-V o wydajności konwersji 47,1% przy stężeniu 143 słońc ” pojawia się w czasopiśmie Nature Energy. Współautorami Geisz są naukowcy z NREL: Ryan France, Kevin Schulte, Myles Steiner, Andrew Norman, Harvey Guthrey, Matthew Young, Tao Song i Thomas Moriarty.
Aby skonstruować urządzenie, badacze NREL polegali na materiałach III-V - tzw. Ze względu na ich położenie na układzie okresowym - które mają szeroki zakres właściwości pochłaniania światła. Każde z sześciu skrzyżowań komórki (warstwy fotoaktywne) jest specjalnie zaprojektowane do przechwytywania światła z określonej części widma słonecznego. Urządzenie zawiera około 140 całkowitych warstw różnych materiałów III-V w celu wsparcia działania tych skrzyżowań, a jednocześnie jest trzy razy węższe niż ludzkie włosy. Ze względu na ich wysoce wydajny charakter i koszty związane z ich wytwarzaniem, ogniwa słoneczne III-V są najczęściej wykorzystywane do zasilania satelitów, które doceniają niezrównaną wydajność III-V.
Jednak na Ziemi sześciozłączowe ogniwo słoneczne doskonale nadaje się do zastosowania w koncentracyjnych ogniwach fotowoltaicznych, powiedział Ryan France, współautor i naukowiec z III-V Multijunctions Group w NREL.
„Jednym ze sposobów na obniżenie kosztów jest zmniejszenie wymaganego obszaru” - powiedział - „można to zrobić za pomocą lustra do przechwytywania światła i skupiania światła do punktu. Wtedy możesz uciec z setną, a nawet tysięczną ilością materiału, w porównaniu do płaskiego ogniwa krzemowego. Zużywasz znacznie mniej materiału półprzewodnikowego, koncentrując światło. Dodatkową zaletą jest to, że wydajność wzrasta wraz z koncentracją światła. ”
Francja opisała, że potencjał ogniwa słonecznego może przekroczyć 50% wydajności jako „faktycznie bardzo osiągalny”, ale tej 100% wydajności nie można osiągnąć ze względu na podstawowe ograniczenia nałożone przez termodynamikę.
Geisz powiedział, że obecnie główną przeszkodą badawczą w osiągnięciu 50% wydajności jest zmniejszenie barier rezystancyjnych wewnątrz ogniwa, które utrudniają przepływ prądu. Tymczasem zauważa, że NREL jest również mocno zaangażowany w redukcję kosztów ogniw słonecznych III-V, umożliwiając nowe rynki dla tych wysoce wydajnych urządzeń. Biuro Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych ds. Energii sfinansowało badania.
NREL jest głównym krajowym laboratorium Departamentu Energii USA w zakresie badań i rozwoju w zakresie energii odnawialnej i efektywności energetycznej. NREL jest obsługiwany przez Departament Energii przez The Alliance for Sustainable Energy, LLC.
