Fraunhofer ISE a világ leghatékonyabb napelemét fejleszti ki, amelynek hatásfoka 47,6 százalék

Az új antireflex bevonat segítségével sikerült növelni a valaha legjobb négyes napelem hatékonyságát 46,1 százalékról 47,6 százalékra. © Fraunhofer ISE / A javított antireflex rétegeknek köszönhetően a legjobb négyes napelem hatékonysága 46,1 százalékról 47,6 százalékra nőtt. © Fraunhofer ISE

Az új antireflexbevonásnak köszönhetően sikerült növelni a eddigi legjobb négyesülésű napelem hatékonyságát 46,1%-ról 47,6%-ra. © Fraunhofer ISE / Thanks to improved antireflection layers, the efficiency of the best four-junction solar cell to date improved from 46.1 to 47.6 percent. © Fraunhofer ISE

A négyes napelem hatékonysága akár 665-szörös napfény-koncentrációig növekszik, és itt először eléri a 47,6 százalékos értéket. © Fraunhofer ISE

Az új négy-összetevős napelem hatékonysága a koncentrációval növekszik egészen 665 napig, amikor először éri el a 47,6 százalékos átalakítási hatékonyságot. © Fraunhofer ISE

A kvantumhatékonyság az új négyszeres napelemcellában: A legfelső részcella GaInP-ből azonosítja a rövid hullámhosszú napfényt a látható spektrális tartományban. Az infravörös fényt az alatta lévő részcellák, mint az AlGaAs, GaInAsP és GaInAs alakítják át. © Fraunhofer ISE

Az új négy-összetevős napelem kvantumhatékonysága. A felső alcellát GaInP-ből készítették, amely a rövid hullámhosszú napfényt abszorbeálja a látható spektrális tartományban. A infravörös fényt az alatta lévő alcellák alakítják át, amelyek AlGaAs-ból, GaInAsP-ből és GaInAs-ból készültek. © Fraunhofer ISE

Forschereink és kutatók a Fraunhofer Napenergia Rendszerek Intézetében (ISE) sikerrel jártak egy új anti-reflexiós bevonat segítségével növelni a korábbi legjobb négyszeres napelem hatékonyságát 46,1%-ról 47,6%-ra 665-szörös napkoncentráció mellett. Ez mérföldkő, mivel jelenleg nincs hatékonyabb napelem a világon. Az eredményeket a 2. Nemzetközi TandemPV Műhelyen mutatták be, amely jelenleg Freiburgban zajlik.

Két éve dolgoznak a Fraunhofer ISE-n a „50Prozent” nevű ambiciózus projekten. A Szövetségi Gazdasági és Klímavédelmi Minisztérium támogatásával első alkalommal jön létre egy 50 százalékos hatásfokú napelem. Ennek érdekében minden egyes réteget tovább optimalizálnak a komplex többrétegű napelemekben, technológiai fejlesztéseket hajtanak végre a fémkontaktokon, valamint javított anti-reflexiós rétegeket építenek be. Most a projektcsapat elért egy első áttörést: legújabb napelemük 47,6%-os hatásfokot ér el koncentrált napfény alatt.

„Lenyűgözött minket ez az eredmény, amely mindössze egy évvel az új, legmagasabb hatásfokot célzó központunk megnyitása után született” – mondja Dr. Frank Dimroth, az III-V fotovoltaika és koncentrátor-technológia osztályvezetője a Fraunhofer ISE-n. „Célunk, hogy munkánkkal hozzájáruljunk a koncentrált fotovoltaika még hatékonyabbá és versenyképesebbé tételéhez, mert hisszük, hogy ez a legfenntarthatóbb megújuló energiaforrás.”

A új napelem rétegszerkezetét 2016-ban közösen fejlesztették ki a francia Soitec AG-val, amely innovatív félvezető anyagok tervezésével és gyártásával foglalkozik. Ez egy felső tandemcellát jelent gallium-indium-foszfid (GaInP) és alumínium-gallium-arzenid (AlGaAs) anyagokból, amelyet a Soitec egy alsó tandemcellára, gallium-indium-arzenid-foszfid (GaInAsP) és gallium-indium-arzenid (GaInAs) anyagokból, kötött össze.

A napelem rétegeit most a Fraunhofer ISE legmagasabb hatásfokot elérő napelem központjában fejlesztették ki, ahol javított kontaktusrétegeket és egy 4 rétegből álló anti-reflexiós réteget alkalmaztak. Ez csökkenti az ellenállási veszteségeket, valamint a cella elülső oldalán keletkező reflexiót, amely a 300-1780 nanométeres széles spektrális tartományban érzékeny. A hagyományos szilícium alapú napelemek csak 1200 nanométeres hullámhosszig képesek elnyelni a napfényt, ezért nem igényelnek ilyen széles sávú antireflexiós bevonatot.

A III-V összekapcsolt félvezetőkből készült többrétegű napelemek a világ egyik leghatékonyabb napelem típusai közé tartoznak. Legnagyobb potenciáljuk akkor bontakozik ki, amikor a napfényt lencsék segítségével koncentrálják néhány négyzetmilliméteres kis elemekre. „Az ilyen rendkívül hatékony tandemcellák alkalmazási lehetőségei közé tartoznak a koncentrátor-fotovoltaikus rendszerek, amelyek napfényben gazdag országokban hatékony energia-termelést tesznek lehetővé” – mondja Prof. Dr. Stefan Glunz, a fotovoltaikus kutatás osztályvezetője a Fraunhofer ISE-n. „A tandem-fotovoltaikával lehetőség nyílik arra, hogy túllépjünk az egyszerű napelemek határain, és végső soron csökkentsük a napenergia költségeit.”