Quelle: nrel.gov
Wissenschaftler des National Renewable Energy Laboratory (NREL) haben eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von fast 50% hergestellt.
Die 6-Junction-Solarzelle hält nun mit 47,1% den Weltrekord für den höchsten Solarumwandlungswirkungsgrad, der bei konzentrierter Beleuchtung gemessen wurde. Eine Variation derselben Zelle stellte auch den Wirkungsgradrekord bei Ein-Sonnen-Beleuchtung auf 39,2%.
"Dieses Gerät zeigt wirklich das außergewöhnliche Potenzial von Multijunction-Solarzellen", sagte John Geisz, Hauptwissenschaftler der Gruppe für hocheffiziente kristalline Photovoltaik am NREL und Hauptautor eines neuen Papiers über die Rekordzelle.
Das Papier „ Sechs-Junction-III-V-Solarzellen mit 47,1% Umwandlungseffizienz bei 143 Sonnenkonzentrationen “ erscheint in der Zeitschrift Nature Energy. Mitautoren von Geisz sind die NREL-Wissenschaftler Ryan France, Kevin Schulte, Myles Steiner, Andrew Norman, Harvey Guthrey, Matthew Young, Tao Song und Thomas Moriarty.
Bei der Konstruktion des Geräts stützten sich NREL-Forscher auf III-V-Materialien, die aufgrund ihrer Position im Periodensystem so genannt werden und eine breite Palette von Lichtabsorptionseigenschaften aufweisen. Jeder der sechs Übergänge der Zelle (die photoaktiven Schichten) wurde speziell entwickelt, um Licht aus einem bestimmten Teil des Sonnenspektrums einzufangen. Das Gerät enthält insgesamt etwa 140 Schichten verschiedener III-V-Materialien, um die Leistung dieser Verbindungen zu unterstützen, und ist dennoch dreimal schmaler als ein menschliches Haar. Aufgrund ihrer hohen Effizienz und der damit verbundenen Kosten werden III-V-Solarzellen am häufigsten zur Stromversorgung von Satelliten verwendet, was die unübertroffene Leistung von III-V auszeichnet.
Auf der Erde eignet sich die 6-Junction-Solarzelle jedoch gut für den Einsatz in der Konzentrator-Photovoltaik, sagte Ryan France, Co-Autor und Wissenschaftler der III-V Multijunctions Group am NREL.
„Eine Möglichkeit, die Kosten zu senken, besteht darin, den erforderlichen Bereich zu reduzieren“, sagte er. „Dazu können Sie das Licht mit einem Spiegel erfassen und auf einen Punkt fokussieren. Dann können Sie mit einem Hundertstel oder sogar einem Tausendstel des Materials davonkommen, verglichen mit einer Flachplatten-Siliziumzelle. Sie verwenden viel weniger Halbleitermaterial, indem Sie das Licht konzentrieren. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die Effizienz steigt, wenn Sie das Licht konzentrieren. “
Frankreich beschrieb das Potenzial der Solarzelle, einen Wirkungsgrad von 50% zu überschreiten, als „tatsächlich sehr erreichbar“, aber dass ein Wirkungsgrad von 100% aufgrund der durch die Thermodynamik auferlegten grundlegenden Grenzen nicht erreicht werden kann.
Geisz sagte, dass derzeit die wichtigste Forschungshürde für einen Wirkungsgrad von 50% darin besteht, die Widerstandsbarrieren in der Zelle zu reduzieren, die den Stromfluss behindern. In der Zwischenzeit stellt er fest, dass NREL auch stark daran beteiligt ist, die Kosten für III-V-Solarzellen zu senken und neue Märkte für diese hocheffizienten Geräte zu erschließen. Das Büro des US-Energieministeriums für Solarenergietechnologien finanzierte die Forschung.
NREL ist das wichtigste nationale Labor des US-Energieministeriums für Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbare Energien und Energieeffizienz. NREL wird für die Energieabteilung von The Alliance for Sustainable Energy, LLC betrieben.
