Källa: nrel.gov
Forskare vid National Renewable Energy Laboratory (NREL) har tillverkat en solcell med en effektivitet på nästan 50%.
Den sexkorsade solcellen har nu världsrekordet för högsta soleffektivitet på 47,1%, som mättes under koncentrerad belysning. En variation av samma cell satte också effektivitetsrekordet under en solbelysning till 39,2%.
"Den här enheten visar verkligen den extraordinära potentialen i multicell-funktionella solceller," sade John Geisz, en huvudforskare i High-Efficiency Crystalline Photovoltaics Group på NREL och huvudförfattare till ett nytt papper om cellen.
Uppsatsen, " Sex-korsning III-V solceller med 47,1% konverteringseffektivitet under 143 solkoncentration ," visas i tidskriften Nature Energy. Geiszs medförfattare är NREL-forskare Ryan France, Kevin Schulte, Myles Steiner, Andrew Norman, Harvey Guthrey, Matthew Young, Tao Song och Thomas Moriarty.
För att konstruera enheten förlitade NREL-forskare sig på III-V-material - så kallade på grund av deras placering på det periodiska bordet - som har ett brett spektrum av ljusabsorptionsegenskaper. Var och en av cellens sex korsningar (de fotoaktiva skikten) är speciellt utformade för att fånga ljus från en specifik del av solspektrumet. Enheten innehåller cirka 140 totala lager av olika III-V-material för att stödja prestanda för dessa korsningar, och är ändå tre gånger smalare än ett mänskligt hår. På grund av deras mycket effektiva natur och de kostnader som är förknippade med att göra dem används III-V solceller oftast för att driva satelliter, vilket prisar III-Vs oöverträffade prestanda.
På jorden är emellertid den sexkorsade solcellen väl lämpad för användning i koncentratorfotovoltaik, säger Ryan France, medförfattare och forskare i III-V Multijunctions Group på NREL.
"Ett sätt att minska kostnaderna är att minska det nödvändiga området," sade han, "och du kan göra det genom att använda en spegel för att fånga ljuset och fokusera ljuset till en punkt. Då kan du komma undan med hundratals eller till och med en tusendels material, jämfört med en platt-kiselcell. Du använder mycket mindre halvledarmaterial genom att koncentrera ljuset. En ytterligare fördel är att effektiviteten ökar när du koncentrerar ljuset. ”
Frankrike beskrev potentialen för solcellen att överstiga 50% effektivitet som "faktiskt mycket uppnåelig" men att 100% effektivitet inte kan uppnås på grund av de grundläggande gränserna som termodynamiken sätter.
Geisz sade att för närvarande är det främsta forskningshinderet för att toppa 50% effektivitet att minska de resistiva barriärerna i cellen som hindrar strömmen. Samtidigt noterar han att NREL också är starkt engagerat i att minska kostnaderna för III-V solceller, vilket möjliggör nya marknader för dessa mycket effektiva enheter. US Department of Energy Solar Energy Technologies Office finansierade forskningen.
NREL är det amerikanska energidepartementets primära nationella laboratorium för forskning och utveckling för förnybar energi och energieffektivitet. NREL drivs för energiavdelningen av The Alliance for Sustainable Energy, LLC.
