Teoretični izkoristek 63,2 odstotka, preboj za fotovoltaične celice tretje generacije!

Šokantno! Nove vmesne pasovne sončne celice (IBSC) lahko dosežejo teoretično učinkovitost 63,2 odstotka, kar je trikrat več kot običajne sončne celice (z učinkovitostjo v območju 20 odstotkov)! Prelomno odkritje mednarodne raziskovalne skupine, ki lahko revolucionira solarno industrijo! Uporabniki interneta vzkliknejo: Bo koncept delnice IBSC kmalu sprožil razcvet?

Novi ljubljenec solarne tehnologije tretje generacije

Kristalne silicijeve sončne celice predstavljajo prvo generacijo sončnih celic, vključno z monokristalnimi, polikristalnimi in amorfnimi silicijevimi sončnimi celicami. Te celice se že pogosto uporabljajo v komercialnih in stanovanjskih aplikacijah in predstavljajo 90 odstotkov svetovnega fotovoltaičnega trga. Vendar je njihova učinkovitost pretvorbe energije le 15-25 odstotkov, njihovi proizvodni stroški pa so visoki.

Tankoslojne sončne celice druge generacije so izdelane na steklenih podlagah in čeprav so materiali in proizvodni stroški nižji, je njihova učinkovitost pretvorbe energije le 6-10 odstotkov.

Cilj tretje generacije sončnih celic je povečati učinkovitost pretvorbe energije, zmanjšati stroške in olajšati uporabo. Znane so kot nove sončne celice in vključujejo anorganske in organske tankoslojne sončne celice, sončne celice, občutljive na barvila in kvantne pike, ter halkogenidne sončne celice. Kljub razmeroma kratkemu času razvoja teh celic imajo velik potencial za razvoj zaradi visoke teoretične učinkovitosti pretvorbe energije in relativno nizkih proizvodnih stroškov.

Med njimi je vmesna pasovna sončna celica (IBSC) osupljiv nov koncept za izboljšanje globalne učinkovitosti sončnih celic. S teoretično učinkovitostjo pretvorbe energije do 63,2 odstotka je novi ljubljenec solarne tehnologije tretje generacije in je v industriji vse bolj naklonjen.

To povečanje učinkovitosti pretvorbe energije celice dosežemo z uvedbo ozkega energijskega pasu z majhno gostoto energijskih stanj v prepovedani pas polprevodnika. Uvedba tega ozkega energijskega pasu omogoča povečano absorpcijo podpasovne vrzeli, hkrati pa ohranja konstantno napetost odprtega tokokroga. S to izboljšavo sončna celica absorbira večino vidne svetlobe poleg nekaj infrardeče svetlobe, s čimer se poveča izhodni tok in učinkovitost pretvorbe energije celice.

Slika 1 Diagram energijskih pasov celice: običajne sončne celice imajo samo prevodni pas CB in valenčni pas VB, vendar sončne celice z vmesnim pasom uvajajo tudi vmesni pas (IB), da povečajo absorpcijo sončne svetlobe.

Kljub visoki teoretični učinkovitosti pretvorbe energije vmesne pasovne sončne celice (IBSC) njena zmogljivost ni tako visoka, kot je bilo pričakovano, zaradi njene inherentne visoke sestavne narave (združevanje elektronov in lukenj v vmesnem pasu) in uničenja polprevodniške mreže. , pri čemer je učinkovitost pretvorbe energije nižja od teoretične vrednosti ali celo nižja od učinkovitosti tipične celice. Hkrati je izdelava celice zelo draga. Poleg tega imajo IBSC kratko življenjsko dobo in se lahko uporabljajo samo pri nizkih temperaturah, kar močno omejuje njihovo množično proizvodnjo in uporabo.

Znanstveniki z Imperial Collegea v Združenem kraljestvu in Univerze v Novem Južnem Walesu (UNSW) v Avstraliji so pred kratkim napovedali razvoj nove vmesne pasovne sončne celice (IBSC) in objavili svojo najnovejšo raziskavo v reviji RRL Solar. Nova zasnova predstavlja velik napredek na področju intersticijskih pasovnih sončnih celic. Po poročilu novi IBSC uporablja novo arhitekturo sončnih celic in uvaja edinstveno optično strukturo, ki učinkovito uporablja več fotonov v sončnem spektru za povečanje fotovoltaične učinkovitosti celice. Objava te raziskave pomeni tudi pomemben korak naprej na področju srednjepasovnih sončnih celic, ki naj bi spodbudil komercialno uporabo srednjepasovnih sončnih celic.

Po mnenju raziskovalcev na novo oblikovana vmesna pasovna sončna celica (IBSC) uvaja novo arhitekturo sončne celice, ki vključuje 'ratchet band' (RB), katerega energijski pas je viden na sliki 1. Možno je delovanje pri sobni temperaturi. Ta preboj bo zagotovil pomemben temelj za prihodnji razvoj celic IBSC in je pomemben mejnik na področju vmesnih pasovnih sončnih celic.

Leta 2020 sta španska raziskovalca izjavila: »Verjamemo, da bo znanstvena skupnost, ko bodo razviti učinkoviti IBSC, vložila več truda v optimizacijo delovanja teh naprav. Verjamemo, da ko se bodo IBSC izkazali za zelo učinkovite in potencialno drage učinkovito, odvisno od tržnega segmenta, bo industrija pokazala veliko zanimanje." Zdaj, ko se razvijajo visokoučinkoviti IBSC, bi to lahko pomenilo veliko preoblikovanje fotonapetostne industrije, ko bo v razvoj in množično proizvodnjo vključenih več podjetij.