Wielozłączowe III–V ogniwo słoneczne

Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych --- Projekt wielozłączowego ogniwa słonecznego ----
Wielozłączowe III–V ogniwo słoneczne
Szczytowe osiągnięcia technologii ogniw słonecznych
Technologia
fotowoltaiczna
Najlepsza wydajność
w laboratorium
Najlepsza wydajność
w przemyśle
Krzem krystaliczny
24,7 %
16,7 %
Szacunkowy koszt na kWh
(Ropa naftowa: ~0,05 €/kWh) 2007
Cena w Niemczech: 0,12 €/kWh
0,30 €/kWh
Krzem amorficzny
12 %
10 %
0,26 €/kWh
CIGS (CuInGaSe2 )
19,5 %
12,6 %
0,17 €/kWh
Wielozłączowe III-V
42,8 %
28,3 %
0,25 €/kWh
Historia technologii fotowoltaicznych wielozłączy III-V:
1982 – pierwsze eksperymenty dające 16% wydajność dla ogniw z podwójnym złączem GaAs,
1993 – blisko 30% wydajność podwójnego złącza NREL
2007 – 42,8% obecny rekord wydajności dla potrójnego złącza InGaP/InGaAs/GaAs
Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych --- Projekt wielozłączowego ogniwa słonecznego ----
1.
Tradycyjne ogniwo z pojedynczym złączem
Światło słoneczne
Złącze p-n
Jak to działa:
+
Teoretyczna granica wydajności ok. 31 %
2.
Ogniwo z potrójnym złączem
Światło słoneczne
Sub ogniwo 1
Sub ogniwo 2
Sub ogniwo 3
Koncentracja światła do ok. 500 słońc
zwiększa wydajność i wysoce obniża koszty:
tylko 10-20 cm2 kosztu ogniwa na 1 m2
promieniowania słonecznego jest wymagane.
Każde z sub ogniw przetwarza inną część widma
promieniowania słonecznego. Teoretyczna graniczna
wydajność złącza wynosi 51,5 – 56% i zależy od
koncentracji światła.
Wydajność
kwantowa
potrójnego
InGaP/GaAs/InGaAs ogniwa słonecznego:
złącza
Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych --- Projekt wielozłączowego ogniwa słonecznego ----
Propozycja badań ITME
1. Potrójne złącze InGaP/GaAs/InGaAs ogniwa słonecznego wytworzone metodą MOCVD
GaAs
Górne złącze
1 μm In0.5Ga0.5P ogniwo
Środkowe złącze
3 μm GaAs ogniwo
Warstwa
przezroczysta
2 μm warstwa przejściowa
(Zmienny InxGa1-xP)
Dolne złącze
3 μm In0.3Ga0.7As ogniwo
Podłoże Si
Złącza tunelowe
Obecnie,
tego
typu
ogniwa osiągają 39% wydajność
w laboratorium. Możliwe są pewne
modyfikacje,
np.:
obniżenie
zawartości In w górnym InGaP
złączu, stosowanie InxGa1-xP lub
InxGa1-xAs zamiast GaAs w
środkowym
złączu,
lub
zwiększenie zawartości In w
warstwach In0,3Ga0,7As w dolnym
złączu i innych
2. Obszar badań:
- Wzrost metodą MOCVD płytek InGaP/InGaAs/Ge łączących ogniwa
Struktura (z wyjątkiem podłoża Ge) jest podobna do górnego złącza. Ten typ ogniwa osiągnął
42,8% wydajności tego roku.
- Wielozłączowe InGaN ogniwo słoneczne
Przerwa energetyczna półprzewodnika In xGa1-xN zawiera się w zakresie od 0,7 do 3,5 eV,
obejmując cały zakres widma słonecznego, które to można przetworzyć z efektywnością powyżej
50%.
3. Wzrost struktur epitaksjalnych SiC dla przetwarzania energii i przyrządów transportujących
Węglik krzemu jest materiałem z ogromnym potencjałem dla przyrządów elektronicznych mocy i
wysokotemperaturowej elektroniki. SiC może wytrzymać różnice napięcia (lub pole elektryczne)
ponad osiem razy większe niż Si lub GaAs bez doznania przebicia lawinowego. To wysokie pole
przebicia elektrycznego umożliwia wytworzenie przyrządów bardzo wysokich napięć oraz wysokiej
mocy takich, jak: diody, tranzystory mocy, tyrystory mocy i ograniczniki skoków napięcia, jak
również mikrofalowe przyrządy wysokiej mocy.