Энергия →
Новый рекорд эффективности для солнечных элементов
Калифорнийский стартап Alta Devices разработал фотоэлемент с КПД 28,2%, что является новым мировым рекордом для фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Это близко к фундаментальному пределу Шокли-Квейссера, который составляет 33,7% для ячейки с одним p-n переходом, 42% для двухслойной ячейки, 49% для трёхслойной и 68% для гипотетической ячейки с бесконечным количеством слоёв.
В течение последних двадцати лет максимальным КПД для фотоэлектрических преобразователей с одноступенчатым переходом был 26,1%, лишь недавно его удалось повысить до 26,4%, так что результат Alta Devices специалисты называют настоящим прорывом.
С точки зрения квантовой химии, внутри ФЭП происходит примерно следующее: электроны вещества поглощают пришедшие фотоны и переходят на новые энергетические уровни. В зависимости от энергии каждого отдельного фотона (то есть от частоты света), электрон может пойти на электричество (то есть покинуть ячейку), перейти в тепловое излучение и образовать новые фотоны с меньшей энергией (большей длиной волны). Эти вторичные фотоны запускают такую же реакцию, и так далее, пока длина волны фотона не опустится ниже красной границы фотоэффекта.
Приближение Alta Devices к пределу Шокли-Квайссера стало возможным благодаря значительному увеличению «утилизации» фотонов в фотоэлементе. Секрет — в добавлении на ФЭП плёнки из очень качественной решётки арсенида галлия (GaAs) толщиной 1 мкм. Структура такова, что утилизирует в фотоны до 99% «вторичных» рекомбинаций. Соучредитель компании Alta Devices изобрёл новый метод выращивания плёнки GaAs, с помощью которого можно получить более качественную кристаллическую решётку. Кроме того, Alta Devices повысила отражаемость покрытия фотоэлемента, так что фотоны не покидают ФЭП.
Свою разработку представители Alta Devices представили на конференции IEEE Photovoltaic Specialist Conference 20 июня 2011 года.
Улучшение эффективности солнечных батарей даже на несколько процентов позволяет заметно уменьшить срок их окупаемости. Хотя перечисленные результаты вплоть до 28,2% достижимы только в лабораторных условиях, а при сборке реальных модулей солнечных батарей КПД заметно снижается, но исполнительный директор компании Alta Devices Кристофер Норрис (Christopher Norris) вполне уверен, что они могут добиться в лаборатории показателя 30% и собрать готовые модули для коммерческого применения с КПД в районе 26% (в двухслойных ячейках — ещё выше). В этом случае солнечная энергия будет вполне конкурентоспособна с ископаемыми видами топлива.
Сейчас Alta Devices пытается построить сборочную линию для производства первой партии солнечных элементов. Компания уже собрала $72 млн инвестиций и грантов на совершенствование техпроцесса.
На диаграмме достижение Alta Devices обозначено как 27,6%, потому что именно эта цифра была в официальном отчёте на конференции IEEE Photovoltaic Specialist Conference (видимо, она уже проверена в независимой лаборатории), но на самом деле вскоре после конференции Alta Devices сообщила об увеличении КПД до 28,2%.
via IEEE Spectrum
В течение последних двадцати лет максимальным КПД для фотоэлектрических преобразователей с одноступенчатым переходом был 26,1%, лишь недавно его удалось повысить до 26,4%, так что результат Alta Devices специалисты называют настоящим прорывом.
С точки зрения квантовой химии, внутри ФЭП происходит примерно следующее: электроны вещества поглощают пришедшие фотоны и переходят на новые энергетические уровни. В зависимости от энергии каждого отдельного фотона (то есть от частоты света), электрон может пойти на электричество (то есть покинуть ячейку), перейти в тепловое излучение и образовать новые фотоны с меньшей энергией (большей длиной волны). Эти вторичные фотоны запускают такую же реакцию, и так далее, пока длина волны фотона не опустится ниже красной границы фотоэффекта.
Приближение Alta Devices к пределу Шокли-Квайссера стало возможным благодаря значительному увеличению «утилизации» фотонов в фотоэлементе. Секрет — в добавлении на ФЭП плёнки из очень качественной решётки арсенида галлия (GaAs) толщиной 1 мкм. Структура такова, что утилизирует в фотоны до 99% «вторичных» рекомбинаций. Соучредитель компании Alta Devices изобрёл новый метод выращивания плёнки GaAs, с помощью которого можно получить более качественную кристаллическую решётку. Кроме того, Alta Devices повысила отражаемость покрытия фотоэлемента, так что фотоны не покидают ФЭП.
Свою разработку представители Alta Devices представили на конференции IEEE Photovoltaic Specialist Conference 20 июня 2011 года.
Улучшение эффективности солнечных батарей даже на несколько процентов позволяет заметно уменьшить срок их окупаемости. Хотя перечисленные результаты вплоть до 28,2% достижимы только в лабораторных условиях, а при сборке реальных модулей солнечных батарей КПД заметно снижается, но исполнительный директор компании Alta Devices Кристофер Норрис (Christopher Norris) вполне уверен, что они могут добиться в лаборатории показателя 30% и собрать готовые модули для коммерческого применения с КПД в районе 26% (в двухслойных ячейках — ещё выше). В этом случае солнечная энергия будет вполне конкурентоспособна с ископаемыми видами топлива.
Сейчас Alta Devices пытается построить сборочную линию для производства первой партии солнечных элементов. Компания уже собрала $72 млн инвестиций и грантов на совершенствование техпроцесса.
На диаграмме достижение Alta Devices обозначено как 27,6%, потому что именно эта цифра была в официальном отчёте на конференции IEEE Photovoltaic Specialist Conference (видимо, она уже проверена в независимой лаборатории), но на самом деле вскоре после конференции Alta Devices сообщила об увеличении КПД до 28,2%.
via IEEE Spectrum
05.07.2011 20:48+0400