Исследовательские группы создали тандемные солнечные батареи с рекордными полезными действиями преобразования солнечного света в электричество под освещением с 1 солнцем. Получающаяся бумага, «Повышение Конверсионной Эффективности С одним солнцем Солнечных батарей III-V/Si к 32,8% для Двух Соединений и 35,9% для Трех Соединений», появляется в новой проблеме энергии Природы. Солнечные батареи, сделанные только из материалов в Группах III и V Периодической таблицы, показали высокие полезные действия, но более дорогие.
Стефани Эссиг, бывший постдокторский исследователь NREL, теперь работающий в EPFL в Швейцарии, является ведущим автором недавно изданного исследования, которое детализирует шаги, сделанные, чтобы повысить эффективность клетки мультисоединения. В то время как в NREL, Эссиг создала в соавторстве «Реализацию Солнечных батарей GaInP/Si Dual-Junction с Эффективностью С 1 солнцем на 29,8%», которая была издана в Журнале IEEE Гелиотехники год назад.В дополнение к Essig авторы новой научно-исследовательской работы – Тимоти Ремо, Джон Ф. Гейсз, Майлс А. Штайнер, Дэвид Л. Янг, Келси Горовиц, Майкл Вудхаус, и Адель Тамболи, все с NREL; и Кристоф Аллеб, Loris Barraud, Антуан Декедр, Маттие Депеи, и Кристоф Баллиф, все от CSEM.«Этот успех значительный, потому что он показывает, впервые, что основанные на кремнии тандемные клетки могут предоставить полезным действиям, конкурирующим с более дорогими клетками мультисоединения, состоящими полностью из III-V материалов», сказал Тамболи. «Это открывает дверь, чтобы развивать совершенно новые материалы солнечной батареи мультисоединения и архитектуру».
В тестировании основанных на кремнии солнечных батарей мультисоединения исследователи нашли, что самая высокая эффективность двойного соединения (32,8%) прибыла из тандемной клетки, которая сложила слой арсенида галлия (GaAs), развитый NREL на фильме прозрачного кремния, развитого CSEM. Эффективность 32,5% была достигнута, используя фосфид индия галлия (GaInP) клетка вершины, которая является подобной структурой к предыдущей рекордной эффективности 29,8%, о которых объявляют в январе 2016.
Третья клетка, состоя из тандемной клетки GaInP/GaAs, сложенной на кремниевой нижней клетке, достигла эффективности тройного соединения 35,9% – всего на 2% ниже полного отчета тройного соединения.Существующий рынок гелиотехники во власти модулей, сделанных из солнечных батарей кремния единственного соединения с полезными действиями между 17% и 24%.
Исследователи отметили в отчете, что создание перехода от кремниевой клетки единственного соединения до основанной на кремнии солнечной батареи двойного соединения позволит производителям выдвинуть полезные действия прошлые 30%, все еще извлекая выгоду из их экспертных знаний в создании кремниевых солнечных батарей.Препятствие принятию их мультисоединение основанные на кремнии солнечные батареи, по крайней мере в ближайшем времени, является стоимостью.
Принимая 30%-ю эффективность, исследователи оценили, что находящаяся в GaInP клетка будет стоить 4,85$ за ватт, и находящаяся в GaAs клетка стоила бы 7,15$ за ватт. Но как производственные подъемы и полезные действия этих типов подъемов клеток к 35%, исследователи предсказывают, что стоимость за ватт могла упасть до 66 центов для находящейся в GaInP клетки и до 85 центов для находящейся в GaAs клетки.
Ученые отметили, что такое крутое снижение цен не беспрецедентно; например, стоимость фотогальванических модулей китайского производства упала от 4,50$ за ватт в 2006 до 1$ за ватт в 2011.Стоимость солнечного модуля в Соединенных Штатах составляет 20% к 40% цены фотогальванической системы. Увеличивание эффективности клетки к 35%, исследователи оценили, могло уменьшить систему, стоившую на целых 45 центов за ватт для коммерческих установок.
Однако, если затраты на III-V клеток не могут быть уменьшены до уровней долгосрочного сценария исследователей, то использование более дешевых высокоэффективных материалов для главной клетки будет необходимо, чтобы сделать их конкурентоспособными в общих рынках электроэнергии.