Japonští vědci postavili třícestný solární článek InGap-GaAs-CIGS, který má údajně potenciál dosáhnout účinnosti 35 %. Zařízení již dosáhlo účinnosti 31,0 %, napětí naprázdno 2,97 V, hustoty zkratového proudu 12,41 mA/cm2 a faktoru plnění 0,80. Výzkumníci pod

Japonští vědci postavili třícestný solární článek InGap-GaAs-CIGS, který má údajně potenciál dosáhnout účinnosti 35 %. Zařízení již dosáhlo účinnosti 31,0 %, napětí naprázdno 2,97 V, hustoty zkratového proudu 12,41 mA/cm² a faktoru plnění 0,80.

Výzkumníci pod vedením japonského Národního institutu pokročilé průmyslové vědy a technologie (AIST) vyrobili tříčlánkový solární článek. A to na bázi fosfidu india galia (InGaP), arsenidu galia (GaAS) a mědi, india, galia a selenu (CIGS).

,,V současné době zvyšujeme naše úsilí o zlepšení účinnosti článků. A zároveň rozvoj technologie hromadné výroby," řekl výzkumník Kikuo Makita s tím, že tento druh článku má potenciál dosáhnout účinnosti téměř 35 %.

Vědci postavili buňku s dvoupřechodovou horní buňkou InGap-GaAs s bandgapem 1,49 eV, založenou na heteropřechodové struktuře zadního emitoru. Vyvinutou japonským výrobcem Sharp a spodním zařízením CIGS s bandgapem 1,01 eV, s vylepšenou drsností povrchu. Propojili buňky prostřednictvím upraveného inteligentního zásobníku s nanočásticemi palladia (Pd) a lepidlem. 

Výzkumná skupina zlepšila povrch spodní buňky pomocí mokrého leptání. Použili roztok na bázi bromu a upravili jeho tenkou vrstvu transparentního vodivého oxidu (TCO).

Třícestný III-V solární článek

,,Drsnost povrchu vede ke zvětšení šířky mezery na spojovacím rozhraní," vysvětlili. A také poznamenali, že tato drsnost v kombinaci s tloušťkou TCO může vést ke ztrátě odrazu. ,,V této studii jsme se proto zaměřili na minimalizaci drsnosti povrchu a tloušťky TCO."

Akademici testovali výkon buňky za standardních podmínek osvětlení. Zjistili, že dosáhl účinnosti přeměny energie 29,3 % pro oblast otvoru (31,0 % pro aktivní oblast), napětí naprázdno 2,97 V, hustotu zkratového proudu 12,41 mA/cm 2 a faktor plnění. 0,80.

Uvedli, že dosažená účinnost třícestného slánku 29,3 % je lepší než předchozí výsledky skupiny. Tvrdili, že je to nejvyšší hodnota, jaká kdy byla hlášena pro jakýkoli dvouterminální vícepřechodový solární článek na bázi GaAs-CIGSe.

,,Zkoumali jsme náklady na články pomocí technologie Smart stack. A podle naší simulace mohou vést ke konečné ceně modulu 2 USD/W (50,35 Kč/W)," řekl Makita. „Náklady na články GaAs, náklady na články CIGSe, náklady na spojování a náklady na modulaci jsou 86 %, 7 %, 3 % a 4 %."

Buňka GaAs, zejména substrát GaAs a epi-růst GaAs, je hlavním faktorem ovlivňujícím náklady na výrobu zařízení.

Nová metoda růstu buňky

„V našem projektu se studují techniky epitaxního odlehčení zařízení (ELO) a opětovného použití substrátu. Proto aby se snížily náklady na substráty GaAs,“ řekl Makite. ,,Kromě toho AIST vyvinul epitaxi hydridové parní fáze (H-VPE), což je nová metoda růstu pro buňky GaAs. H-VPE je nízkonákladová technika ve srovnání s technikou obecné kov-organická chemická depozice z plynné fáze (MOCVD). Myslíme si, že vývoj těchto výrobních technologií přispívá ke snížení nákladů na drahé články GaAs.“

Výzkumníci představili návrh článku v „Mechanické vrstvené GaAs//CuIn_1− y Gay Se₂ tříčlánkové solární články s 30% účinností prostřednictvím vylepšeného spojovacího rozhraní a techniky přizpůsobení plošného proudu. Ten se nedávno publikoval v Progress v roce Fotovoltaika. Náklady na výrobu solárních článků na bázi sloučenin materiálů prvků III-V – pojmenovaných podle skupin periodické tabulky, do kterých patří – omezily taková zařízení na specializované aplikace. A to včetně dronů a satelitů, kde je nízká hmotnost a vysoká účinnost.

Výzkumníci Fraunhofer ISE nedávno dosáhli 35,9% účinnosti konverze pro III-V monolitický trojitý solární článek na bázi křemíku. V srpnu 2020 oznámil výzkumný ústav míru účinnosti konverze 25,9 % pro tandemový solární článek III-V pěstovaný přímo na křemíku. Tento článek je upravenou verzí solárního článku III-V s účinností 34,5 %. Vyrábí se procesem známým jako přímé spojování plátků, kde jsou vrstvy III-V nejprve naneseny na substrát arsenidu hliníku a galia (GaAs) a poté spolu slisovány.

Výzkumníci z univerzity v Tampere ve Finsku nedávno vyvinuli třícestný solární článek III-V s více spoji. Ten má údajně potenciál dosáhnout účinnosti přeměny energie téměř 50 %. Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie (NREL) ve Spojených státech oznámila v loňském roce účinnost 32,9 % pro zařízení s tandemovými články využívající materiály III-V.

Zdroj: pv-magazine, Vapol