Heimild: energy.gov
BAKGRUNN
Hávirkni fjöltengibúnaður notar margfeldi bandrennur eða samskeyti sem eru stillt til að taka upp ákveðið svæði sólarviðsins til að búa til sólarfrumur sem eru með mælitækni yfir 45%. Hámarks fræðilegtskilvirkniað sólarfrumur með einum bandgap geti náð með sólarljósi sem ekki er einbeitt er um 33,5%, fyrst og fremst vegna víðtækrar dreifingar sólargeislunar ljóseindir. Þessi takmarkandi skilvirkni, þekkt sem Shockley-Queisser takmörkin, stafar af því að opið rafspennu (Voc) sólarsellu er takmörkuð af bandgleypni frásogandi efnisins og að ljóseindir með orku undir bandgapinu eru ekki frásogaðar. Ljóseindir sem hafa orku sem er meiri en bandspennan frásogast en orkan sem er meiri en bandspennan glatast sem hiti.
Fjöltengibúnaður notar háspennandi toppfrumu til að taka upp orku ljóseindir en leyfa lægri orku ljóseindunum að fara í gegnum. Efni með aðeins lægri bandgap er síðan komið fyrir undir hábandspennumótinu til að taka upp ljóseindir með aðeins minni orku (lengri bylgjulengdir). Dæmigert fjölvirkni frumur nota tvö eða fleiri hrífandi mótum og fræðilegur hámarksnýting eykst með fjölda mótum. Snemma rannsóknir á fjöltækjatækjum nýttu eiginleika hálfleiðara sem samanstendur af þætti í III og V dálkum lotukerfisins, svo sem gallíum indíum fosfat (GaInP), gallíum indíum arseníð (GaInAs) og gallíumarseníði (GaAs). Þriggja tengibúnaður sem notar III-V hálfleiðara hafa náð meiri en 45% skilvirkni með því að nota einbeitt sólarljós. Þessa byggingarlist er einnig hægt að flytja yfir í aðra sólarfrumutækni og verið er að rannsaka fjölvirkni frumur úr CIGS, CdSe, sílikoni, lífrænum sameindum og öðrum efnum.
Í fortíðinni hafa fjöltengibúnaður fyrst og fremst verið notaður í geimnum, þar sem iðgjald er lagt á léttan raforkuframleiðslu, sem gerir kleift að nota þessa tiltölulega hákostnaðar sólartækni. Fyrir landfræðilega notkun er hægt að vega upp á móti miklum kostnaði við þessi hálfleiðara undirlag (samanborið við kísil, til dæmis) með því að nota einbeitingar sjón, þar sem núverandi kerfi nota aðallega Fresnel linsur. Styrkur ljósfræðinnar eykur magn ljóss sem kemur upp á sólarfrumunni og leiðir þannig til meiri orkuframleiðslu. Notkun einbeitingu ljóseðlisfræði krefst notkunar á tvöföldum ás sólarskoðun sem verður að taka með í kostnað kerfisins.
Rannsóknarleiðbeiningar
Þrátt fyrir að fjölvirkni III-V frumur hafi meiri skilvirkni en samkeppni tækni, eru slíkar sólarfrumur talsvert dýrari vegna núverandi framleiðsluaðferða og efna. Þess vegna er virkri rannsóknarviðleitni beint að því að lækka kostnað raforku sem þessi sólarfrumur framleiða með aðferðum eins og þróun nýrra undirlagsefna, gleypiefni og framleiðsluaðferðum; auka skilvirkni; og víkka fjölvirknihugtakið til annarrar PV tækni. Ennfremur, vegna kostnaðar við slíkar sólarfrumur, eru þróaðar áreiðanlegar lausnir með litlum tilkostnaði til að fylgjast með og einbeitingu einnig virk rannsóknasvið til að styðja við lækkun kostnaðar á PV-kerfum sem nota fjölvirkni frumur.
Lærðu meira um verðlaunahafana og verkefnin sem fela í sér skilvirkni III-V frumna hér að neðan.
Ríkisháskólinn í Ohio: Columbus Campus (Photovoltaics Research and Development)
Ríkisháskóli Arizona (Photovoltaics rannsóknir og þróun)
Háskólinn í Oregon (Photovoltaics rannsóknir og þróun: lítil nýsköpunarverkefni í sólarljósi)
South Dakota School of Mines and Technology (Photovoltaics rannsóknir og þróun: lítil nýsköpunarverkefni í sólarljósi)
Ríkisháskóli Arizona (Photovoltaics rannsóknir og þróun: lítil nýsköpunarverkefni í sólarljósi)
nLiten Energy (Photovoltaics rannsóknir og þróun: lítil nýsköpunarverkefni í sól)
Háskólinn í Kaliforníu, Berkeley (verkefnin í næstu kynslóð Photovoltaics II)
Tæknistofnun í Kaliforníu (næstu kynslóð Photovoltaics II verkefni)
Ríkisháskóli í Norður-Karólínu (grunnáætlun til að auka skilvirkni klefa)
Rannsóknarstofa um endurnýjanlega orku (grunnáætlun til að auka skilvirkni frumna)
Ríkisháskólinn í Ohio (grunnáætlun til að efla skilvirkni klefa)
Háskólinn í Houston (Next Generation Photovoltaics 3 Verkefni)
Rannsóknarstofa um endurnýjanlega orku (næstu kynslóð ljósritunarfræði 3 verkefni)
KOSTIR
Ávinningurinn af fjölvirkni III-V sólarfrumum er:
Litrófssamsvörun: Hagnýtingarfrumur (GG gt; 45%) er hægt að búa til með því að passa hluta sólarlífsins við sérstök gleypilög sem hafa sérstaka bandgap.
Kristalbygging: Hinar ýmsu samsetningar III-V hálfleiðara hafa svipaða kristalbyggingu og kjörlega eiginleika fyrir sólarfrumur, þar með talið langa exciton dreifingarlengd, hreyfanleika burðar og samhæft frásogsróf.
FRAMLEIÐSLU
Hefðbundnar III-V frumur með fjölvirkni eru settar saman í geislamyndaðri stafla með undirfrumum sem tengdar eru í röð með gatnamótum. Smíði fjölvirkis klefa í einlyftri stafla leiðir til efnisþvingana og framleiðslu slíkra tækja er auðvelduð ef einstök lög undirkjarna hafa samhæfða atómgrindarstöðu og eru samsvarandi grindur. Þessi kostur samsvörunar við grindurnar er ástæðan fyrir því að Ge, sem er grindur sem passar við nokkrar III-V málmblöndur, er venjulega notað sem undirlag og þröngt bandgap klefi í MJ. Hægt er að yfirstíga takmarkanir á grindurum með frekari flækjum með því að nota jafntengingu eða myndhverf jafnalausn.
Göng-gatnamótslagið er smíðað með viðmóti mjög dópaðra p++ og n++ laga. Samspil þessara laga hefur í för með sér staðbundið þröngt geimhleðslusvæði, sem gerir straumi kleift að flæða milli undirfrumna. Hægt er að bæta við háspennulög, þekkt sem gluggalög og reiti yfirborðs, til að gera yfirborðsástand passiverandi við tengi milli undirhólfs og jarðgangamótanna, sem, ef þau eru óskilin, geta gripið í burðargjafa og flýtt fyrir endurröðun.
Ef undirhólfin eru tengd í röð, þá takmarkar undirhólfið sem leiðir minnsta strauminn hámarksstrauminn sem getur streymt í gegnum tækið. Þess vegna er töluvert átak lagt á að stilla straum undirfrumna. Lýsandi tenging milli undirfrumna getur slakað á nokkrum af núverandi kröfum um hönnun.
Margmiðlunar III-V sólarfrumur geta verið framleiddar með sameinda geislaþekju (MBE) tækni, en tilbúningur í stórum málm-lífrænum efna gufu útfellingu (MOCVD) reactors er dæmigerð fyrir atvinnuskyni framleiðslu GaInP / GaInA / Ge tæki. Hægt er að rækta lög úr trímetýlgallíum (Ga (CH3) 3), trímetýlindíum (InC3H9), arsíni (AsH3) og fosfíni (PH3) í vetnisberandi gasi og nota dópefni eins og vetnisseleníð (H2Se), silan (SiH6), og díetýl sink ((C2H5) 2Zn). Með því að nota einbeitingu ljóseðlis er einstökum frumum kleift að vera nokkuð litlar - stundum eins litlar og stærð blýantarins. Þess vegna gera þessar aðferðir kleift að rækta hundruð sólarfrumna í einum lotu. Rannsóknir eru gerðar til að draga enn frekar úr stærð frumna og fjölga þeim frumum sem hægt er að rækta úr einni skífu, sem mun hjálpa til við að draga úr kostnaði á hverja frumu.
