Шестиконтактный солнечный элемент теперь является мировым рекордсменом по самой высокой эффективности преобразования солнечной энергии – 47.1%, что было измерено при концентрированном освещении. Вариант той же ячейки также установил рекорд эффективности при освещении одним солнцем – 39.2%.
«Это устройство действительно демонстрирует необычайный потенциал многопереходных солнечных элементов», – сказал Джон Гейс, главный ученый из группы высокоэффективной кристаллической фотоэлектрической энергии в NREL и ведущий автор новой статьи о батарее, устанавливающей рекорд.
Статья «Шестиконтактные солнечные элементы III-V с 47.Эффективность преобразования 1% при концентрации 143 Солнца », – опубликовано в журнале Nature Energy. Соавторами Гейса являются ученые NREL Райан Франс, Кевин Шульте, Майлс Штайнер, Эндрю Норман, Харви Гатри, Мэтью Янг, Тао Сонг и Томас Мориарти.
Для создания устройства исследователи NREL использовали материалы III-V, названные так из-за их положения в периодической таблице, которые обладают широким диапазоном светопоглощающих свойств. Каждый из шести переходов ячейки (фотоактивные слои) специально разработан для захвата света из определенной части солнечного спектра.
Устройство содержит около 140 общих слоев различных материалов III-V для поддержки работы этих соединений, и при этом оно в три раза уже, чем человеческий волос. Из-за их высокоэффективного характера и стоимости, связанной с их изготовлением, солнечные элементы III-V чаще всего используются для питания спутников, которые ценят непревзойденные характеристики III-V.
На Земле, однако, солнечные элементы с шестью переходами хорошо подходят для использования в фотоэлектрических концентраторах, – сказал Райан Франс, соавтор и ученый из группы III-V по многопереходным соединениям в NREL.
«Один из способов снизить стоимость – уменьшить требуемую площадь, – сказал он, – и это можно сделать, используя зеркало, чтобы улавливать свет и фокусировать свет в точку.
Тогда вы можете отказаться от сотой или даже тысячной доли материала по сравнению с кремниевым элементом с плоской пластиной. Вы используете намного меньше полупроводникового материала, концентрируя свет.
Дополнительным преимуществом является то, что эффективность повышается по мере того, как вы концентрируете свет."
Франция охарактеризовала потенциал солнечного элемента, который может превысить 50% -ный КПД, как "реально достижимый", но 100% -ный КПД не может быть достигнут из-за фундаментальных ограничений, налагаемых термодинамикой.
Гейз сказал, что в настоящее время основным препятствием для исследований на пути к достижению 50% эффективности является уменьшение резистивных барьеров внутри ячейки, которые препятствуют прохождению тока.
Между тем, он отмечает, что NREL также активно работает над снижением стоимости солнечных элементов III-V, открывая новые рынки для этих высокоэффективных устройств.