Fraunhofer ISE vyvíjí nejúčinnější solární článek na světě s účinností 47,6 procenta

S pomocí nové antireflexní vrstvy se podařilo zvýšit účinnost dosud nejlepší čtyřnásobné solární buňky z 46,1 na 47,6 procenta. © Fraunhofer ISE / Díky vylepšeným antireflexním vrstvám se účinnost dosud nejlepší čtyřnásobné solární buňky zvýšila z 46,1 na 47,6 procenta. © Fraunhofer ISE

Díky nové antireflexní vrstvě se podařilo zvýšit účinnost dosud nejlepší čtyřnásobné solární buňky z 46,1 na 47,6 procenta. © Fraunhofer ISE / Díky vylepšeným antireflexním vrstvám se účinnost dosud nejlepší čtyřnásobné solární buňky zvýšila z 46,1 na 47,6 procenta. © Fraunhofer ISE

Účinnost nové čtyřnásobné solární buňky stoupá až do koncentrace slunečního záření 665 a zde poprvé dosahuje hodnoty 47,6 procenta. © Fraunhofer ISE

Účinnost nové čtyřčlánkové solární buňky se zvyšuje s koncentrací až na 665 sluncí, přičemž poprvé dosahuje hodnoty 47,6 procenta konverzní účinnosti. © Fraunhofer ISE

Účinnost kvantového využití nové čtyřnásobné solární buňky: Nejvrchnější podčást buňky z GaInP absorbuje krátkovlnné sluneční záření ve viditelném spektrálním rozsahu. Infračervené světlo je přeměňováno v podřízených podčástech z AlGaAs, GaInAsP a GaInAs. © Fraunhofer ISE

Kvantová účinnost nového čtyřčlánkového solárního článku. Horní podčlánek vyrobený z GaInP absorbuje krátkovlnné sluneční záření ve viditelném spektrálním rozsahu. Infračervené světlo je přeměněno v podčláncích pod ním, které jsou vyrobeny z AlGaAs, GaInAsP a GaInAs respektive. © Fraunhofer ISE

Výzkumníci z Fraunhoferova institutu pro solární energetické systémy ISE se podařilo pomocí nové antireflexní vrstvy zvýšit účinnost dosud nejlepší čtyřnásobné solární buňky z 46,1 na 47,6 procenta při 665násobné koncentraci slunečního záření. Je to milník, protože v současnosti neexistuje na světě účinnější solární buňka. Výsledky byly představeny na 2. Mezinárodním workshopu TandemPV, který se právě koná ve Freiburgu.

Už dva roky se na Fraunhofer ISE pracuje na ambiciózním projektu s názvem »50Prozent«. Financován německým spolkovým ministerstvem hospodářství a ochrany klimatu BMWK, má být poprvé vytvořena solární buňka s 50 procentní účinností. K tomu je každá jednotlivá vrstva složitých vícevrstvých solárních buněk ještě jednou optimalizována a zavádějí se technologická vylepšení procesů na kovových kontaktech a lepší antireflexní vrstvy. Nyní se tým projektu dočkal prvního průlomu: jejich nejnovější solární buňka dosahuje účinnosti 47,6 procenta při koncentraci slunečního záření.

„Jsme nadšeni tímto výsledkem, který se podařilo dosáhnout pouhý rok po otevření našeho nového centra pro nejvyšší účinnost solárních buněk,“ říká Dr. Frank Dimroth, vedoucí oddělení III-V fotovoltaiky a koncentrátorových technologií na Fraunhofer ISE. „Chceme svým výzkumem přispět k tomu, aby koncentrická fotovoltaika byla ještě účinnější a konkurenceschopnější, protože věříme, že je to nejudržitelnější forma výroby obnovitelné energie.“

Struktura vrstev nové solární buňky byla již v roce 2016 vyvinuta společně s francouzskou společností Soitec AG, která je návrhářem a výrobcem inovativních polovodičových materiálů. Jedná se o horní tandemovou buňku z gallium-indium-fosfidu (GaInP) a hliníkového gallium-arsenidu (AlGaAs), kterou společnost Soitec spojila s dolní tandemovou buňkou z gallium-indium-arsenidu-fosfidu (GaInAsP) a gallium-indium-arsenidu (GaInAs).

Vrstva solární buňky byla nyní v centru pro nejvyšší účinnost solárních buněk Fraunhofer ISE vybavena vylepšenými kontaktními vrstvami a čtyřvrstvou antireflexní vrstvou. Tím se snižují ztráty odporu stejně jako odraz na přední straně buňky, která je citlivá na široké spektrum od 300 do 1780 nanometrů. Tradiční silikonové solární buňky absorbují sluneční záření pouze do vlnové délky 1200 nanometrů, a proto nepotřebují tak širokopásmové odrazové vrstvy.

Vícenásobné solární buňky z III-V sloučeninových polovodičů patří odjakživa k nejúčinnějším na světě. Dosahují svého nejvyššího potenciálu, když je sluneční světlo dále soustředěno čočkami na malé prvky o rozměrech několika milimetrů čtverečních. „Mezi možnosti použití takových vysoce účinných tandemových solárních buněk patří koncentrátorové fotovoltaické systémy, které přispívají k efektivní výrobě energie v zemích s bohatým slunečním zářením,“ říká Prof. Dr. Stefan Glunz, vedoucí výzkumu fotovoltaiky na Fraunhofer ISE. „S tandemovou fotovoltaikou je možné překonat hranice jednoduchých solárních buněk a tím dosáhnout snížení nákladů na solární elektřinu.“