Font: solarindustrymag.com
Investigadors del Departament d'Energia dels EUALaboratori Nacional d'Energies Renovables(NREL) han creat una cèl·lula solar amb una eficiència rècord del 39,5 per cent sota la 1-il·luminació solar global. Aquesta és la cèl·lula solar amb més eficiència de qualsevol tipus, mesurada mitjançant les condicions solars estàndard 1-.
"La nova cèl·lula és més eficient i té un disseny més senzill que pot ser útil per a una varietat d'aplicacions noves, com ara aplicacions amb una àrea molt limitada o aplicacions espacials de baixa radiació", diu Myles Steiner, científic sènior de l'alta eficiència de NREL. Grup de Fotovoltaica Cristalina (PV) i investigador principal del projecte. Va treballar al costat dels companys de NREL Ryan France, John Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle Young i Alan Kibbler.
Els detalls del desenvolupament es descriuen a l'article "Cèl·lules solars de triple unió amb un 39,5 per cent d'eficiència terrestre i un 34,2 per cent d'eficiència espacial habilitada per gruixuts supergelos de pous quàntics", que apareix al número de maig de la revista Joule.
Els científics de NREL van establir anteriorment un rècord el 2020 amb una cèl·lula solar de sis unions eficient del 39,2% utilitzant materials III-V.
Algunes de les millors cèl·lules solars recents s'han basat en l'arquitectura de multijunció metamòrfica invertida (IMM) que es va inventar a NREL. Aquesta cèl·lula solar IMM de triple unió recentment millorada s'ha afegit ara al millor gràfic d'eficiència de la cèl·lula de recerca. El gràfic, que mostra l'èxit de les cèl·lules solars experimentals, inclou el rècord IMM anterior de tres unions del 37,9 per cent establert el 2013 per Sharp Corporation of Japan.
La millora de l'eficiència va seguir la investigació sobre cèl·lules solars de "pou quàntic", que utilitzen moltes capes molt fines per modificar les propietats de les cèl·lules solars. Els científics van desenvolupar una cèl·lula solar de pou quàntic amb un rendiment sense precedents i la van implementar en un dispositiu amb tres unions amb diferents bandes intermitents, on cada unió està ajustada per capturar i utilitzar una part diferent de l'espectre solar.
Els materials III-V, anomenats així pel lloc on cauen a la taula periòdica, abasten una àmplia gamma de bandes buits d'energia que els permeten orientar-se a diferents parts de l'espectre solar. La unió superior està feta de fosfur d'indi de gal·li (GaInP), la part central d'arsenur de gal·li (GaAs) amb pous quàntics i la part inferior d'arsenur d'indi de gal·li (GaInAs) que no coincideix amb la gelosia. Cada material ha estat altament optimitzat durant dècades d'investigació.
"Un element clau és que, tot i que GaAs és un material excel·lent i s'utilitza generalment a les cèl·lules de multiunió III-V, no té la banda intermèdia correcta per a una cèl·lula de tres unions, el que significa que l'equilibri de fotocorrents entre les tres cèl·lules no és òptim. ", comenta França, científic sènior i dissenyador de cèl·lules. "Aquí, hem modificat el bandgap mantenint una qualitat del material excel·lent mitjançant l'ús de pous quàntics, que permeten aquest dispositiu i potencialment altres aplicacions".
Els científics van utilitzar pous quàntics a la capa mitjana per estendre el bandgap de la cèl·lula GaAs i augmentar la quantitat de llum que la cèl·lula pot absorbir. És important destacar que van desenvolupar dispositius de pou quàntic òpticament gruixuts sense pèrdues de tensió importants. També van aprendre a recobrir la cèl·lula superior GaInP durant el procés de creixement per tal de millorar-ne el rendiment i com minimitzar la densitat de dislocació del fil en GaInAs no coincidents amb la gelosia, que es discuteixen en publicacions separades. En conjunt, aquests tres materials informen el nou disseny cel·lular.
Les cèl·lules III-V són conegudes per la seva alta eficiència, però el procés de fabricació ha estat tradicionalment car. Fins ara, les cèl·lules III-V s'han utilitzat per alimentar aplicacions com ara satèl·lits espacials, vehicles aeris no tripulats i altres aplicacions de nínxol. Els investigadors de NREL han estat treballant per reduir dràsticament el cost de fabricació de les cèl·lules III-V i oferir dissenys alternatius de cèl·lules, que faran que aquestes cèl·lules siguin econòmiques per a una varietat de noves aplicacions.
La nova cèl·lula III-V també es va provar per determinar l'eficiència que seria en aplicacions espacials, especialment per als satèl·lits de comunicacions, que funcionen amb cèl·lules solars i per als quals l'alta eficiència cel·lular és crucial i va arribar al 34,2 per cent a principis de... mesura de vida. El disseny actual de la cèl·lula és adequat per a entorns de baixa radiació i es poden habilitar aplicacions de radiació més elevada mitjançant un desenvolupament posterior de l'estructura cel·lular.
NREL és el principal laboratori nacional del Departament d'Energia dels EUA per a la investigació i desenvolupament d'energies renovables i eficiència energètica. NREL està gestionat per al Departament d'Energia per l'Alliance for Sustainable Energy LLC.
