Новый рекорд КПД для солнечных элементов

    Калифорнийский стартап Alta Devices разработал фотоэлемент с КПД 28,2%, что является новым мировым рекордом для фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Это близко к фундаментальному пределу Шокли-Квейссера, который составляет 33,7% для ячейки с одним p-n переходом, 42% для двухслойной ячейки, 49% для трёхслойной и 68% для гипотетической ячейки с бесконечным количеством слоёв.

    В течение последних двадцати лет максимальным КПД для фотоэлектрических преобразователей с одноступенчатым переходом был 26,1%, лишь недавно его удалось повысить до 26,4%, так что результат Alta Devices специалисты называют настоящим прорывом.

    С точки зрения квантовой химии, внутри ФЭП происходит примерно следующее: электроны вещества поглощают пришедшие фотоны и переходят на новые энергетические уровни. В зависимости от энергии каждого отдельного фотона (то есть от частоты света), электрон может пойти на электричество (то есть покинуть ячейку), перейти в тепловое излучение и образовать новые фотоны с меньшей энергией (большей длиной волны). Эти вторичные фотоны запускают такую же реакцию, и так далее, пока длина волны фотона не опустится ниже красной границы фотоэффекта.

    Приближение Alta Devices к пределу Шокли-Квайссера стало возможным благодаря значительному увеличению «утилизации» фотонов в фотоэлементе. Секрет — в добавлении на ФЭП плёнки из очень качественной решётки арсенида галлия (GaAs) толщиной 1 мкм. Структура такова, что утилизирует в фотоны до 99% «вторичных» рекомбинаций. Соучредитель компании Alta Devices изобрёл новый метод выращивания плёнки GaAs, с помощью которого можно получить более качественную кристаллическую решётку. Кроме того, Alta Devices повысила отражаемость покрытия фотоэлемента, так что фотоны не покидают ФЭП.

    Свою разработку представители Alta Devices представили на конференции IEEE Photovoltaic Specialist Conference 20 июня 2011 года.

    Улучшение эффективности солнечных батарей даже на несколько процентов позволяет заметно уменьшить срок их окупаемости. Хотя перечисленные результаты вплоть до 28,2% достижимы только в лабораторных условиях, а при сборке реальных модулей солнечных батарей КПД заметно снижается, но исполнительный директор компании Alta Devices Кристофер Норрис (Christopher Norris) вполне уверен, что они могут добиться в лаборатории показателя 30% и собрать готовые модули для коммерческого применения с КПД в районе 26% (в двухслойных ячейках — ещё выше). В этом случае солнечная энергия будет вполне конкурентоспособна с ископаемыми видами топлива.

    Сейчас Alta Devices пытается построить сборочную линию для производства первой партии солнечных элементов. Компания уже собрала $72 млн инвестиций и грантов на совершенствование техпроцесса.



    На диаграмме достижение Alta Devices обозначено как 27,6%, потому что именно эта цифра была в официальном отчёте на конференции IEEE Photovoltaic Specialist Conference (видимо, она уже проверена в независимой лаборатории), но на самом деле вскоре после конференции Alta Devices сообщила об увеличении КПД до 28,2%.

    via IEEE Spectrum
    Метки:
    Поделиться публикацией
    Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

    Подробнее
    Реклама
    Комментарии 5
    • +3
      Молодцы! что еще сказать, пусть продолжают в том же духе
      интересно, сколько будет стоить плитка по такой технологии?
      • +1
        В этом-то и дело, что насколько я понял их технология производства дороже наиболее распространённой сегодня технологии.

        И на представленной диаграмме показано КПД вплоть до 43%, ну видимо чтобы добиться такого КПД приходится делать слишком дорогие фотоэлементы — дороже золото, что естественно не является коммерческим продуктом:(
        — или может я не правильно прочитал эту диаграмму — тогда если можно поясните что там за солнечные батареи с КПД в 43%?

        P.S.: К автору поста — хочется узнать, а почему вы поместили пост только для читателей этого блога, а не для всех — видимо из-за этого ограничения пост мало кто читает и тут почти отсутствует обсуждение данной — очень интересной темы:)
        • +2
          Это закрытый блог из «Логова оффтопиков», в нём нельзя опубликовать статью открытой для всех. Если он вылезет на главную страницу, может, его и увидят специалисты, которые могут что-то добавить по теме.

          По двумя тезисам. У этого ФЭП дешевизна позиционируется как одно из главных преимуществ. GaAs дорогой, но здесь его всего лишь 1 мкм, это тонкое покрытие. Сама ячейка делается из дешёвого материала (вроде, из того же кремния). Это и есть важная инновация.

          На диаграмме вплоть до 43% — это двойные и тройные ячейки, то есть с двумя и тремя p-n переходами (two junction, three junction, там в легенде написано в левом верхнем углу). Они действительно должны быть дороже (возможно, намного дороже), чем эта, и эффективнее. Alta Devices ещё не умеют делать двойные/тройные по своей технологии.
      • 0
        Все в курсе, что такое ячейки с одним p-n переходом или я один не понимаю о чём речь? Может кто-нибудь наставит на путь истинный?
        • 0
          Солнечные элементы бывают разными. Самые эффективные на сегодняшний момент — трёхслойный бутерброд (в каждом слое которого происходит поглощение своего спектра, сначала синий, потом немного жёлтый и зелёный и самый малый красный.) КПД подобных элементов достиг ~35% при приемлемой стоимости опытных образцов (ни о каком коммерческом выпуске речи пока не идёт).
          Наиболее эффективной технологией на сегодняшний день являются элементы для зеркал концентраторов. При мощности 11 Вт. они могут спокойно переваривать излучение эквивалентное 500 солнечным, далее их КПД линейно падает с 38.5%
          Цена без растаможки: 10 баксов/шт. при покупке на 20к. $
          www.spectrolab.com/DataSheets/PV/CPV/C3MJ%20CDO%20Products%2020100810.pdf

          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.