Институт солнечно-энергетических систем Фраунгофера ISE сообщает сразу о двух новых рекордах эффективности своих фотоэлементов. Один из них связан с монолитным многослойным фотоэлементом, эффективность которого достигла 34,1%, а второй — с фотоэлементом из кремния, на который нанесены слои из полупроводников, эффективность которого достигла 24,3%. Различные полупроводниковые слои поглощают разные диапазоны спектра солнечного света, что позволяет оптимально использовать его.
Для реализации своей концепции многослойных фотоэлементов исследователи нанесли на кремневую основу слои из полупроводников III-V групп толщиной 1,9 мкм. Соединение с кремниевой основой осуществлялось с помощью метода термокомпрессионной сварки, известного из микроэлектроники. Поверхности дезоксидировали в камере EVG580® ComBond® под высоким вакуумом с использованием ионного пучка и последующего сжатия под давлением. Результатом стало соединение, в котором атомы верхних слоев из полупроводников III-V групп связываются с кремнием. Такой фотоэлемент имеет простые контакты с фронтальной и тыльной сторон как у обычных кремниевых фотоэлементов и также, как они, может быть легко интегрирован в солнечные батареи.
Многослойный фотоэлемент на основе кремния состоит из последовательно уложенных друг на друга фотоэлементов из фосфида галлия-индия (GaInP), арсенида галлия (GaAs) и кремния (Si), которые внутренне связаны между собой так называемыми туннельными диодами. Верхний фотоэлемент GaInP поглощает излучение между 300 и 670 нм, GaAs — между 500 и 890 нм и нижний Si — между 650 и 1180 нм. Слои полупроводников III-V групп были сначала эпитаксиально осаждены на подложке GaAs, а затем приварены на специально подготовленную структуру кремниевого фотоэлемента. При этом на фронтальную и на тыльную сторону кремния были нанесены пассивированные контакты из оксида туннельного перехода (TOPCon). Впоследствии подложку из GaAs удалили, нанесли наноструктурированный контакт с тыльной стороны для удлинения длины пути света, а также фронтальную сторону нанесли контактную сетку и антиотражающее покрытие.
«По сравнению с предыдущими результатами дополнительно были улучшены условия осаждения, и была введена новая структура верхнего фотоэлемента из фосфида индия-галлия, которая еще лучше преобразует видимый свет. С эффективность 34,1% этот многослойных фотоэлемент демонстрирует огромный потенциал новой технологии «, объясняет доктор Франк Димрот, руководитель отдела из института Фраунгофера ISE. Предыдущий мировой рекорд для этого класса фотоэлементов составлял 33,3%.
Еще одной возможностью для производства многослойных фотоэлементов является прямое осаждение слоев из полупроводников III-V группы на фотоэлемент из кремния. Как сообщают исследователи, этот процесс требует значительно меньшего количества технологических этапов, чем вакуумная сварка, и позволяет избежать использования более дорогой подложки из арсенида галлия, поэтому он более пригоден для промышленного внедрения. Однако при этом требуется высокоточное управление атомной структурой, чтобы атомы галлия и фосфора занимали правильные места в решетке на границе перехода к кремнию. Кроме того, на эффективность фотоэлементов могут повлиять дефекты в полупроводниковых слоях. ««Здесь мы смогли сделать важный шаг вперед — генерация электроэнергии в трех подэлементах почти не страдает от этих дефектов, поэтому мы смогли впервые получить эффективность, равную 24,3%», — говорит Франк Димрот. — Потенциал соответствует потенциалу монолитного фотоэлемента, так что здесь нас ждут дальнейшие разработки в ближайшие годы, чтобы продемонстрировать этот потенциал». В декабре 2018 года Институт солнечно-энергетических систем ISE представил такой же фотоэлемент с рекордной эффективностью 22,3%.
Источник: https://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2019/kw35/rekorde-fuer-monolithische-silizium-dreifachsolarzellen.html