30,2% — эффективность нового многослойного фотоэлемента на основе кремния

Feffektivnost-novogo-mnogoslojnogo-fotoelementaraunhofer ISE сообщает о новом рекорде: эффективность многослойного фотоэлемента на основе кремния достигла 30,2%

Исследователи из Института солнечных энергетических систем Фраунгофера ISE (Фрайбург) совместно с австрийской компанией EV Group удалось создать многослойный фотоэлемент на основе кремния только с двумя контактами, эффективность которого превышает теоретический предел эффективности для фотоэлементов только из кремния.

Многослойный III-V / Si — фотоэлемент площадью 4 см2 был измерен в калибровочной лаборатории института Фраунгофера ISE, и показал КПД 30,2% при преобразовании падающего на него света в солнечную электроэнергию.

Для этого исследователи нанесли на кремний всего лишь несколько микрон слоев полупроводников III-V групп периодической системы.

Такое соединение им удалось получить известным из микроэлектроники методом прямой термокомпрессионной сварки. При этом поверхности соединяются друг с другом посредством активации плазмы в вакууме под давлением. В результате образуется блок, в котором атомы поверхности типа III-V вступают в соединение с кремнием.

Многослойные фотоэлементы можно собирать в солнечные батареи как и обычные фотоэлементы

Такой результат для подобного полностью интегрированного многослойного фотоэлемента на основе кремния достигнут впервые. Если не рассматривать всю сложную внутреннюю структуру такого фотоэлемента, то у него, как и у обычных кремниевых элементов, есть простой контакт на передней и на задней стороне, и из таких фотоэлементов можно собирать солнечную батарею, как и из обычных фотоэлементов.

«Мы работаем над тем, чтобы преодолеть теоретические пределы кремниевых фотоэлементов,» говорит д-р Франк Димрота, руководитель отдела в Fraunhofer ISE.

«Наш многолетний опыт в области кремниевых и многослойных фотоэлементах III-V типа помог нам теперь фактически достичь этого рубежа.»

До сих пор самый высокий КПД для фотоэлементов из чистого кремния составляет 26,3%, а теоретически рассчитанный предел составляет 29,4%.

Многослойный фотоэлемент типа III-V / Si представляет собой ряд сложенных друг на друга полуфотоэлементов из фосфида индия- галлия (GaInP), арсенида галлия (GaAs) и кремния (Si), которые соединены между собой так называемыми туннельными диодами.

Верхний фотоэлемент из GaInP поглощает излучение от 300 до 670 нм, фотоэлемент GaAs между 500 и 890 нм и фотоэлемент Si между 650 и 1180 нм.

Слои III-V были сначала эпитаксиально осаждаются на подложке из GaAs, а затем свариваются на специально подобранной кремниевой структуре фотоэлемента. Затем подложка GaAs удаляется, на фотоэлемент наносятся передний и задний контакты, а также антибликовое покрытие.

«Ключ к успеху в том, чтобы разработать технологическую цепочку, которая обеспечивала бы как достаточно гладкую и свободную от частиц поверхность кремния, так и учитывала бы различные потребности кремния и III-V полупроводников», говорит д-р Ян Беник, руководитель группы Fraunhofer ISE.

«Этот процесс основан на нашем многолетнем опыте в разработке высокоэффективных кремниевых фотоэлементов.»

Дальнейшее повышение эффективности за мгновение

Директор института профессор Эйке Р. Вебер выражает свой энтузиазм по поводу рекорда: «Я очень рад, что нам в институте Fraunhofer ISE настолько убедительно удалось пробить стеклянный потолок в 30 процентов эффективности для интегрированного фотоэлемента на основе кремния только с двумя контактами. Таким образом, мы открываем двери для дальнейшего увеличения эффективности, основанные на проверенном кремнии, в будущем «.

«Многослойный фотоэлемент типа III-V / Si наглядно демонстрирует возможности нашего кластера «ComBond» для соединения различных полупроводников без возникновения сопротивления и без клея,» радуется Маркус Вимплингер, директор корпоративного развития технологии и IP компании EV Group.

«С 2012 года мы работаем в тесном сотрудничестве с Fraunhofer ISE над разработкой, и мы гордимся выдающимся достижением наших команд.»

Необходимо продолжить снижение затрат на эпитаксию и технологию соединения

Метод прямой термокомпрессионной сварки уже используется в микроэлектронике для производства компьютерных чипов.

На пути к промышленному производству многослойных фотоэлементов типа III-V должна быть дополнительно снижена стоимость эпитаксии полупроводников III-V типа и технологии соединения с кремнием.

Вот тут как раз и возникают основные проблемы, которые исследователи из института Фраунгофера во Фрайбурге намерены решить в будущих проектах в своем новом центре высокоэффективных фотоэлементов. Там будут разрабатываться как технологии III-V типа, так и кремниевые технологии следующего поколения. Цель состоит в том, чтобы в будущем создавать высокоэффективные солнечные батареи с КПД более чем 30%.

Источник: http://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2016/kw45/fraunhofer-ise-meldet-neuen-photovoltaik-rekord-302-prozent-wirkungsgrad-fuer-siliziumbasierte-mehrfachsolarzelle.html

 

Написать нам