Nguồn: sol meustrymag.com
Các nhà nghiên cứu tại Bộ Năng lượng Hoa KỳPhòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia(NREL) đã tạo ra một pin mặt trời với hiệu suất kỷ lục 39,5% trong điều kiện chiếu sáng toàn cầu của 1- mặt trời. Đây là loại pin mặt trời có hiệu suất cao nhất trong số các loại, được đo bằng điều kiện mặt trời 1- tiêu chuẩn.
Myles Steiner, nhà khoa học cấp cao của NREL's High-Efficiency cho biết: "Tế bào mới hiệu quả hơn và có thiết kế đơn giản hơn có thể hữu ích cho nhiều ứng dụng mới, chẳng hạn như các ứng dụng hạn chế về diện tích cao hoặc các ứng dụng không gian bức xạ thấp" Nhóm Crystalline Photovoltaics (PV) và điều tra viên chính về dự án. Anh đã làm việc cùng với các đồng nghiệp NREL Ryan France, John Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle Young và Alan Kibbler.
Chi tiết về sự phát triển được nêu trong bài báo "Pin mặt trời ba điểm tiếp giáp với 39,5% hiệu suất trên mặt đất và 34,2% không gian được kích hoạt bởi các siêu kết tụ giếng lượng tử dày", xuất hiện trên tạp chí Joule số tháng 5.
Các nhà khoa học của NREL trước đó đã lập kỷ lục vào năm 2020 với pin mặt trời sáu điểm nối hiệu quả 39,2% sử dụng vật liệu III-V.
Một số pin mặt trời tốt nhất gần đây dựa trên kiến trúc đa chức năng biến chất ngược (IMM) được phát minh tại NREL. Pin mặt trời IMM ba điểm tiếp giáp mới được cải tiến này hiện đã được thêm vào Biểu đồ Hiệu quả Tế bào Nghiên cứu Tốt nhất. Biểu đồ cho thấy sự thành công của pin mặt trời thử nghiệm, bao gồm kỷ lục IMM ba điểm nối trước đó là 37,9% được thiết lập vào năm 2013 bởi Sharp Corporation của Nhật Bản.
Sự cải thiện về hiệu suất sau khi nghiên cứu về pin mặt trời "giếng lượng tử", sử dụng nhiều lớp rất mỏng để sửa đổi các đặc tính của pin mặt trời. Các nhà khoa học đã phát triển một tế bào năng lượng mặt trời giếng lượng tử với hiệu suất chưa từng có và triển khai nó thành một thiết bị có ba điểm nối với các băng tần khác nhau, trong đó mỗi điểm nối được điều chỉnh để thu nhận và sử dụng một lát khác nhau của quang phổ mặt trời.
Các vật liệu III-V, được đặt tên như vậy vì vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn, trải dài một loạt các dải năng lượng cho phép chúng nhắm mục tiêu đến các phần khác nhau của quang phổ mặt trời. Điểm tiếp giáp trên cùng được làm bằng gali indium phosphide (GaInP), giữa gali arsenide (GaAs) với các giếng lượng tử, và đáy của gallium indium arsenide không khớp theo mạng (GaInAs). Mỗi vật liệu đã được tối ưu hóa cao qua nhiều thập kỷ nghiên cứu.
"Một yếu tố quan trọng là trong khi GaAs là một vật liệu tuyệt vời và thường được sử dụng trong các tế bào đa chức năng III-V, nó không có dải tần chính xác cho một tế bào ba điểm nối, có nghĩa là sự cân bằng của dòng quang giữa ba tế bào không phải là tối ưu. ", Pháp, nhà khoa học cao cấp và nhà thiết kế tế bào, bình luận. "Ở đây, chúng tôi đã sửa đổi bandgap trong khi vẫn duy trì chất lượng vật liệu tuyệt vời bằng cách sử dụng các giếng lượng tử, cho phép thiết bị này và các ứng dụng tiềm năng khác."
Các nhà khoa học đã sử dụng các giếng lượng tử ở lớp giữa để mở rộng dải tần của tế bào GaAs và tăng lượng ánh sáng mà tế bào có thể hấp thụ. Điều quan trọng là họ đã phát triển các thiết bị giếng lượng tử dày về mặt quang học mà không bị mất điện áp lớn. Họ cũng đã học cách ủ tế bào trên cùng GaInP trong quá trình tăng trưởng để cải thiện hiệu suất của nó và cách giảm thiểu mật độ lệch luồng trong GaInA không khớp theo mạng tinh thể, được thảo luận trong các ấn phẩm riêng biệt. Nhìn chung, ba vật liệu này thông báo cho thiết kế tế bào mới.
Tế bào III-V được biết đến với hiệu suất cao, nhưng quy trình sản xuất truyền thống rất tốn kém. Cho đến nay, tế bào III-V đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các ứng dụng như vệ tinh vũ trụ, máy bay không người lái và các ứng dụng thích hợp khác. Các nhà nghiên cứu tại NREL đã và đang làm việc để giảm đáng kể chi phí sản xuất của tế bào III-V và cung cấp các thiết kế tế bào thay thế, điều này sẽ làm cho các tế bào này trở nên kinh tế cho nhiều ứng dụng mới.
Tế bào III-V mới cũng đã được thử nghiệm xem nó sẽ hoạt động hiệu quả như thế nào trong các ứng dụng không gian, đặc biệt là đối với các vệ tinh thông tin liên lạc, được cung cấp năng lượng bởi pin mặt trời và hiệu suất tế bào cao là rất quan trọng và đạt 34,2% cho ban đầu- đo tuổi thọ. Thiết kế hiện tại của tế bào phù hợp với môi trường bức xạ thấp và các ứng dụng bức xạ cao hơn có thể được kích hoạt bằng cách phát triển thêm cấu trúc tế bào.
NREL là phòng thí nghiệm quốc gia chính của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ về nghiên cứu và phát triển năng lượng tái tạo và hiệu quả năng lượng. NREL được điều hành cho Bộ Năng lượng bởi Liên minh Năng lượng Bền vững LLC.
