Multifunkčný fotovoltaický výskum III-V

Apr 14, 2020

Zanechajte správu

Zdroj: energy.gov


Multijunction III-V Photovoltaics Research

POZADIE

Vysokoúčinné viacúčelové zariadenia používajú viacnásobné pásma alebo uzly, ktoré sú vyladené tak, aby absorbovali konkrétnu oblasť slnečného spektra a vytvorili solárne články so záznamovou účinnosťou nad 45%. Maximálna teoretická účinnosť, ktorú môže solárny článok s jedným pásmom dosiahnuť pri nekoncentrovanom slnečnom svetle, je asi 33,5%, predovšetkým kvôli širokému rozdeleniu fotónov emitovaných slnečným žiarením. Táto obmedzujúca účinnosť, známa ako Shockley-Queisserova hranica, vyplýva zo skutočnosti, že napätie otvoreného obvodu (Voc) solárneho článku je obmedzené šírkou pásma absorpčného materiálu a že fotóny s energiami pod šírkou pásma nie sú absorbované. Fotóny, ktoré majú energiu väčšiu ako bandgap, sa absorbujú, ale energia väčšia ako bandgap sa stráca ako teplo.


Multifunkčné zariadenia používajú špičkovú bunku s vysokou šírkou pásma na absorbovanie vysokoenergetických fotónov, zatiaľ čo umožňujú prechod nízkoenergetických fotónov. Materiál s mierne nižšou bandgapou sa potom umiestni pod križovatku s vysokou bandgapou, aby absorboval fotóny s mierne menšou energiou (dlhšie vlnové dĺžky). Typické viacjunkčné bunky používajú dve alebo viac absorbujúcich križovatiek a teoretická maximálna účinnosť sa zvyšuje s počtom križovatiek. Včasný výskum multifunkčných zariadení využil vlastnosti polovodičov zložených z prvkov v stĺpcoch III a V periodickej tabuľky, ako je fosforečnan india (GaInP), arzenid gália (GaInAs) a arzenid gália (GaAs). Trojprúdové zariadenia využívajúce polovodiče III-V dosiahli pomocou koncentrovaného slnečného žiarenia účinnosť vyššiu ako 45%. Táto architektúra sa dá preniesť aj do iných technológií solárnych článkov a skúmajú sa multijunkčné články vyrobené z CIGS, CdSe, kremíka, organických molekúl a ďalších materiálov.


V minulosti sa viacúčelové zariadenia používali predovšetkým v kozmickom priestore, kde sa kladie dôraz na výrobu ľahkej energie, čo umožňuje použitie tejto relatívne nákladnej solárnej technológie. Pre pozemské aplikácie môžu byť vysoké náklady na tieto polovodičové substráty (napríklad v porovnaní s kremíkom) kompenzované použitím koncentrujúcej optiky, pričom súčasné systémy primárne používajú Fresnelove šošovky. Koncentračná optika zvyšuje množstvo svetla dopadajúceho na solárny článok, čo vedie k väčšej výrobe energie. Použitie koncentrovanej optiky vyžaduje použitie dvojosového sledovania slnka, ktoré sa musí zohľadniť v nákladoch na systém.


NÁVOD NA VÝSKUM

Aj keď majú viacjunkčné bunky III-V vyššiu účinnosť ako konkurenčné technológie, takéto solárne články sú vzhľadom na súčasné výrobné postupy a materiály podstatne nákladnejšie. Preto sa aktívne výskumné snahy zameriavajú na zníženie nákladov na elektrinu vyrobenú týmito solárnymi bunkami prostredníctvom prístupov, ako je vývoj nových materiálov substrátov, absorpčných materiálov a výrobných techník; zvýšenie efektívnosti; a rozšírenie koncepcie viacúčelového prepojenia na ďalšie FV technológie. Navyše z dôvodu nákladov na takéto solárne články je vývoj spoľahlivých lacných riešení na sledovanie a koncentráciu tiež aktívnymi oblasťami výskumu na podporu znižovania nákladov pre fotovoltické systémy využívajúce multijunkčné články.


Dozviete sa viac o ocenených a projektoch zahŕňajúcich vysoko účinné bunky III-V nižšie.

  • Štátna univerzita v Ohiu: Columbus Campus (výskum a vývoj v oblasti fotovoltaiky)

  • Arizonská štátna univerzita (fotovoltaický výskum a vývoj)

  • University of Oregon (Fotovoltaický výskum a vývoj: malé inovatívne projekty v oblasti solárnej energie)

  • Škola baníctva a techniky v južnej Dakote (výskum a vývoj v oblasti fotovoltaiky: malé inovačné projekty v oblasti solárnej energie)

  • Arizonská štátna univerzita (výskum a vývoj v oblasti fotovoltaiky: malé inovačné projekty v oblasti solárnej energie)

  • nLiten Energy (Fotovoltaický výskum a vývoj: malé inovačné projekty v oblasti solárnej energie)

  • Kalifornská univerzita v Berkeley (Projekty fotovoltaiky II. Generácie)

  • Technologický inštitút v Kalifornii (projekty novej generácie fotovoltaiky II)

  • Štátna univerzita v Severnej Karolíne (základný program na zvýšenie efektivity buniek)

  • Národné laboratórium pre obnoviteľnú energiu (základný program na zvýšenie účinnosti buniek)

  • Štátna univerzita v Ohiu (základný program na zvýšenie efektivity buniek)

  • University of Houston (Projekty novej generácie fotovoltaiky 3)

  • Národné laboratórium pre obnoviteľnú energiu (projekty novej generácie 3 fotovoltaiky)

VÝHODY

Výhody multifunkčných solárnych článkov III-V zahŕňajú:

  • Spárovanie spektier: Vysokoúčinné články (> 45%) sa môžu vyrábať zladením častí solárneho spektra so špecifickými vrstvami absorbéra so špecifickými medzerami.

  • Kryštálová štruktúra: Rôzne kombinácie polovodičov III-V majú podobné kryštalické štruktúry a ideálne vlastnosti pre solárne články, vrátane dlhých difúznych dĺžok excitácie, mobility nosiča a kompatibilných absorpčných spektier.

VÝROBA

Tradičné multijunkčné bunky III-V sú zostavené v epitaxnom monolitickom zväzku so subbunkami zapojenými do série cez tunelové spojenia. Konštrukcia multijunkčnej bunky v monolitickom zväzku má za následok materiálové obmedzenia a výroba takýchto zariadení je uľahčená, ak jednotlivé vrstvy subbuniek majú kompatibilné polohy atómových mriežok a sú vzájomne prepojené. Táto výhoda porovnania mriežky je dôvodom, prečo sa Ge, ktorý je porovnávaný s niektorými zliatinami III-V, tradične používa ako substrát a úzka bandgapová bunka v MJ. Obmedzenia zhody mriežky je možné prekonať s ďalšou komplexnosťou pomocou vrstiev spojov alebo metamorfných tlmivých vrstiev.


Vrstva tunelového prepojenia je skonštruovaná pomocou rozhrania vysoko dopovaných vrstiev p ++ a n ++. Interakcia týchto vrstiev vedie k priestorovo úzkemu priestoru s priestorovým nábojom, ktorý umožňuje prúdenie prúdu medzi subbunkami. Na pasiváciu povrchových stavov na rozhraní medzi subbunkou a tunelovým spojom, ktoré môžu zostať nedivivované, môžu byť zachytené nosiče a urýchlené rekombinácie.


Ak sú subbunky zapojené do série, subbunka, ktorá vedie najmenší prúd, obmedzuje maximálny prúd, ktorý môže pretekať zariadením. Preto sa vynakladá značné úsilie na vyladenie prúdu subbuniek. Luminiscenčné spojenie medzi bunkami môže zmierniť niektoré z požiadaviek súčasného dizajnu.


Multifunkčné solárne články III-V sa môžu vyrábať technikami epitaxie molekulárnych lúčov (MBE), ale výroba vo veľkých reaktoroch s chemickým vylučovaním kovov a organických pár (MOCVD) je typická pre priemyselnú výrobu zariadení GaInP / GaInAs / Ge. Vrstvy sa môžu pestovať z trimetylgália (Ga (CH3) 3), trimetylindia (InC3H9), arzínu (AsH3) a fosfínu (PH3) v plynnom vodíkovom nosiči a s použitím dopantov, ako je selénid vodíka (H2Se), silán (SiH6), a dietylzinok ((C2H5) 2Zn). Použitie koncentrovanej optiky umožňuje, aby jednotlivé bunky boli dosť malé - občas také malé ako veľkosť špičky ceruzky. Preto tieto techniky umožňujú pestovať stovky solárnych článkov v jednej dávke. Uskutočňuje sa výskum s cieľom ďalej zmenšiť veľkosť buniek a zvýšiť počet buniek, ktoré je možné pestovať z jediného oblátky, čo pomôže znížiť náklady na jednu bunku.




Zaslať požiadavku
Ako vyriešiť problémy s kvalitou po predaji?
Odfoťte problémy a pošlite nám ich. Po potvrdení problémov my
do niekoľkých dní vám vyrobí uspokojivé riešenie.
kontaktujte nás