Институт исследований солнечной энергии в Хамельне (ISFH) и Национальная лаборатория по исследованию возобновляемых источников энергии (NREL) совместно достигли подтвержденной эффективности преобразования энергии в 35,4% для сложенного механическим путем трехслойного фотоэлемента, состоящего из GaInP (фосфата индия-галлия) / GaAs (арсенида галлия) // Si (кремния).
Нижний фотоэлемент из кремния Si с пассивирующими контактами POLO (poly-Si on oxide — поликремний на оксиде кремния) был изготовлен в ISFH, а монолитный верхний фотоэлемент GaInP / GaAs в NREL. Это второй результат по эффективности для многослойных фотоэлементов группы III-V / Si, чуть ниже недавнего мирового рекорда в 35,9%.
Высокая эффективность того многоуровневого фотоэлемента, как сообщает ISFH, примечательна прежде всего тем, что используемый нижний фотоэлемент типа POLO изначально был разработан для преобразования полного солнечного спектра, а не для использования в тандеме. Недавно при облучении полным солнечным спектром эффективность такого фотоэлемента составила 25%. Комбинация из верхнего фотоэлемента GaInP / GaAs и нижнего фотоэлемента POLO повышает эффективность фотоэлемента POLO примерно на 10% абсолютных.
Эффективность трехслойного фотоэлемента GaInP / GaAs / Si сумела даже приблизиться к текущему мировому рекорду 37,9% для тройного фотоэлемента, состоящего только из элементов группы III-V. «Это сравнение иллюстрирует качественные свойства фотоэлементов на основе кремниевых пластин, которые представляют собою зрелую и дешевую основу для более чем 90% производимых сегодня солнечных батарей, в том числе и для тандемного применения», — подчеркивает ISFH.
Для того, чтобы упростить взаимосвязь фотоэлементов в солнечной батарее, желательно, чтобы сам фотоэлемент представлял собою монолит. Эффективность последовательно подключенного трехслойного фотоэлемента из GaInP / GaAs и Si, который также называют двухконтактным соединением (2T) и который имитирует монолит, составляет 31,1%. Несмотря на то, что уже этот результат является превосходным, трехслойный фотоэлемент, подключенный последовательно, увеличивает эффективность на 4,3% абсолютных по сравнению с фотоэлементом без последовательного соединения.
Разница возникает из-за несоответствия токов каждого из слоев, поскольку в случае последовательного соединения все связанные друг с другом слои должны проводить ток одной и той же силы, и, следовательно, слой с наименьшим током ограничивает ток всего тройного фотоэлемента. «С этой проблемой связаны в принципе все последовательно соединенные многослойные фотоэлементы, независимо от поглощающего материала каждого из слоев (перовскиты, составные полупроводники …), с двумя контактами (2Т)», объясняют ученые из ISFH.
Многообещающим подходом, чтобы обойти это ограничение в монолитных многослойных фотоэлементах, является использование в качестве нижнего слоя фотоэлемента POLO-IBC с дополнительным передним контактом. Контактная база с тыльной стороны служит в этом случае в качестве третьего контакта для сбора избыточных или неспособных к инжекции носителей заряда. Дальнейшее описание этой концепции будет представлено на пленарной лекции по совместным работам ISFH и NREL на предстоящей Европейской конференции по солнечной энергетике и выставке в Амстердаме.
Источник: https://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2017/kw35/verbundsolarzelle-erreicht-effizienz-von-354-prozent.html