Carlos Gonzalez
Machine Design
Увеличить эффективность преобразования позволит состоящая из четырех различных материалов многопереходная солнечная ячейка, способная поглощать разные спектральные составляющие солнечного света
Национальная Лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) не так давно закончила разработку четырехпереходного солнечного элемента на основе полупроводников группы III-V, имеющего эффективность преобразования энергии 45.7% при концентрации излучения в 234 солнца, что является одним из лучших показателей для фотогальванических ячеек.
Конструкция солнечного элемента оптимизирована для работы в концентраторах фотогальванических систем, где интенсивность облучения может превышать 1000 солнц. (Концентрация в одно солнце эквивалентна 1 кВт/м2). Многопереходные ячейки состоят из нескольких материалов, настроенных на поглощение различных спектральных составляющих солнечного излучения, что позволяет максимально увеличить количество собираемой солнечной энергии. В состав четырехпереходного материала входят фосфид индия-галлия, арсенид галлия и два слоя арсенида галлия-индия. Узлы кристаллических решеток переходов смещены относительно подложки ячейки. Это означает, что материалы с различными постоянными кристаллической решетки послойно уложены друг на друга. Измеренная эффективность ячейки составила 45.7 ± 2.3% при спектре AM 1.5 и световом потоке в 234 солнца. (AM – Air Mass coefficient – это коэффициент, характеризующий спектр солнечного излучения после его прохождения через атмосферу). Однако реально она может использоваться при концентрации до 700 солнц, достигая при этом эффективности 45.2%.
Основной проблемой, которую пришлось решать разработчикам солнечной ячейки, по словам ученого из NREL Райана Фрэнса (Ryan France), были дислокации между материалами с различными параметрами решетки. «В материалы с несовпадающими решетками необходимо вводить дислокации», – сказал Фрэнс. В NREL нашли способ изоляции этих дислокаций в неактивных частях ячейки. Это позволяет материалам с различными постоянными решеток работать в многопереходных ячейках. Ячейка содержит также широкополосное четырехслойное антиотражательное покрытие и метаморфный туннельный переход, обеспечивающий низкое электрическое сопротивление и малые потери на межсоединениях субячеек.
Поддержку работе NREL оказывало Министерство энергетики в рамках программы Sunshot. Целью программы является снижение себестоимости солнечной энергии, чтобы к 2020 году она смогла конкурировать с более традиционными источниками.
