Ученые продолжают настаиватьсолнечные панеличтобы быть более эффективным, и есть новый рекорд, чтобы сообщить: новый солнечный элемент достигает эффективности 39,5 процентов при стандартных условиях глобального освещения в 1 солнце.
Метка «1 солнце» — это всего лишь стандартизированный способ измерения фиксированного количества солнечного света, теперь почти 40% излучения можно преобразовать в электричество. Предыдущий рекорд для этого типасолнечная панельматериал имел эффективность 39,2%.
Существует больше типов солнечных элементов, чем вы думаете. Тип, используемый здесь, представляет собой тандемные солнечные элементы III-V с тройным переходом, обычно используемые в спутниках и космических кораблях, хотя они также имеют большой потенциал на твердой земле.
«Новые элементы более эффективны и просты в проектировании и могут быть полезны для множества новых приложений, таких как приложения с высокими ограничениями или космические приложения с низким уровнем выбросов», — сказал физик Майлс Штайнер из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.».NREL) в Колорадо.
С точки зрения эффективности солнечных элементов важна часть уравнения «тройной переход». Каждый узел сосредоточен в определенной части солнечного спектрального диапазона, что означает, что меньше света теряется и не используется.
Эффективность еще больше повышается за счет использования так называемой технологии «квантовой ямы». Физические принципы, лежащие в их основе, довольно сложны, но общая идея заключается в том, что материалы тщательно отбираются и оптимизируются, и они должны быть как можно тоньше. Это влияет на ширину запрещенной зоны, минимальное количество энергии, необходимое для возбуждения электронов и обеспечения протекания тока.
В этом случае три перехода состоят из фосфида галлия-индия (GaInP), арсенида галлия (GaAs) с некоторой дополнительной эффективностью квантовой ямы и арсенида галлия-индия (GaInAs).
«Ключевым фактором является то, что, хотя GaAs является превосходным материалом и обычно используется в многопереходных элементах III-V, он не имеет точной ширины запрещенной зоны для ячеек с тройным переходом, что означает фототок между тремя элементами. Баланс не оптимален, — сказал физик NREL Райан Франс.
«Здесь мы изменили ширину запрещенной зоны с помощью квантовых ям, сохранив при этом превосходное качество материала, 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. Несколько других технических настроек были сделаны для минимизации ограничений.
Это самая высокая эффективность на 1 солнце среди всехсолнечная панельячейка зарегистрирована, хотя мы видели более высокую эффективность от более интенсивного солнечного излучения. Хотя потребуется время, чтобы технология перешла от лаборатории к реальному продукту, потенциальные улучшения являются захватывающими.
Ячейки также зафиксировали впечатляющую космическую эффективность 34,2 процента, чего они должны достичь при использовании на орбите. Их вес и устойчивость к высокоэнергетическим частицам делают их особенно подходящими для этой задачи.
«Поскольку на момент написания статьи это были самые эффективные солнечные элементы с одним солнцем, они также устанавливают новый стандарт достижимой эффективности всех фотоэлектрических технологий», — написали исследователи в своей опубликованной статье.
Время публикации: 24 мая 2022 г.
