Fraunhofer ISE opracowuje najwydajniejszą na świecie ogniwo słoneczne z efektywnością 47,6 procent

Dzięki nowej powłoce antyrefleksyjnej udało się zwiększyć wydajność dotychczas najlepszego czterojunctionowego ogniwa słonecznego z 46,1 do 47,6 procent. © 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

Dzięki nowej powłoce antyrefleksyjnej udało się zwiększyć wydajność dotychczasowej najlepszej czterojunctionowej ogniwa słonecznego z 46,1 do 47,6 procent. © 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

Wydajność nowego czterokierunkowego ogniwa słonecznego wzrasta do koncentracji światła słonecznego do 665 i po raz pierwszy osiąga wartość 47,6 procent. © Fraunhofer ISE

Wydajność nowej czterojunctionowej ogniwa słonecznego rośnie wraz z koncentracją do 665 słońc, osiągając po raz pierwszy wartość 47,6 procentowej sprawności konwersji. © Fraunhofer ISE

Wydajność kwantowa nowego czterodziałowego ogniwa słonecznego: Górna podzłącze z GaInP absorbuje promieniowanie słoneczne o krótkiej długości fali w zakresie widzialnym. Promieniowanie podczerwone jest przekształcane w niżej położonych podzłączach z AlGaAs, GaInAsP i GaInAs. © Fraunhofer ISE

Skuteczność kwantowa nowej czterojunctionowej komórki słonecznej. Górna podkomórka wykonana z GaInP absorbuje promieniowanie słoneczne w zakresie krótkofalowym widzialnym. Promieniowanie podczerwone jest konwertowane w podkomórkach poniżej, które są wykonane z AlGaAs, GaInAsP i GaInAs odpowiednio. © Fraunhofer ISE

Naukowcom z Instytutu Fraunhofer dla Systemów Energii Słonecznej ISE udało się, przy pomocy nowej powłoki antyrefleksyjnej, zwiększyć wydajność dotychczas najlepszego czterokrotnika słonecznego z 46,1 na 47,6 procent przy 665-krotnej koncentracji promieni słonecznych. To kamień milowy, ponieważ obecnie na świecie nie ma bardziej wydajnej baterii słonecznej. Wyniki zostały przedstawione na 2. Międzynarodowym Warsztacie TandemPV, który obecnie odbywa się w Freiburgu.

Od dwóch lat w Instytucie Fraunhofer ISE realizowany jest ambitny projekt o nazwie »50Prozent«. Finansowany przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Ochrony Klimatu BMWK, ma na celu po raz pierwszy stworzenie baterii słonecznej o wydajności 50 procent. W tym celu każda pojedyncza warstwa złożonych ogniw słonecznych jest jeszcze bardziej optymalizowana, a ulepszenia technologiczne wprowadza się w kontaktach metalowych oraz w powłokach antyrefleksyjnych. Teraz zespół projektowy osiągnął pierwszy przełom: ich najnowsza bateria słoneczna osiąga wydajność 47,6 procent pod skoncentrowanym światłem słonecznym.

»Jesteśmy zachwyceni tym wynikiem, który udało się osiągnąć zaledwie rok po otwarciu naszego nowego Centrum Baterii Słonecznych o najwyższej wydajności«, mówi dr Frank Dimroth, kierownik działu fotowoltaiki III-V i technologii koncentratorów w Instytucie Fraunhofer ISE. »Chcemy, poprzez naszą pracę, przyczynić się do jeszcze większej wydajności i konkurencyjności koncentracyjnej fotowoltaiki, ponieważ wierzymy, że jest to najbardziej zrównoważona forma odnawialnej produkcji energii.«

Struktura warstw nowej baterii słonecznej została opracowana już w 2016 roku wspólnie z francuską firmą Soitec AG, producentem i projektantem innowacyjnych materiałów półprzewodnikowych. Jest to górna warstwa tandemowa z fosforkiem galowo-indowym (GaInP) i arsenkiem galu-arsenkiem (AlGaAs), które zostały połączone z dolną warstwą tandemową z fosforkiem galowo-indowym-arsenowym (GaInAsP) i arsenkiem galu-arsenowym (GaInAs).

Warstwy ogniwa słonecznego zostały teraz wyposażone w Centrum Baterii Słonecznych o najwyższej wydajności Instytutu Fraunhofer ISE w ulepszonych warstwach kontaktowych i czterowarstwowej powłoce antyrefleksyjnej. Dzięki temu zmniejszają się straty oporu oraz odbicie na przedniej stronie ogniwa, które jest wrażliwe w szerokim zakresie spektralnym od 300 do 1780 nanometrów. Tradycyjne ogniwa słoneczne z krzemu pochłaniają światło słoneczne tylko do długości fali 1200 nanometrów, więc nie potrzebują tak szerokopasmowej powłoki antyrefleksyjnej.

Wielokrotne ogniwa słoneczne z półprzewodników III-V od dawna należą do najbardziej wydajnych na świecie. Osiągają swój najwyższy potencjał, gdy światło słoneczne jest dodatkowo skupiane przez soczewki na małe elementy o powierzchni kilku milimetrów kwadratowych. »Do zastosowań takich wysokowydajnych tandemowych ogniw słonecznych należą systemy koncentracyjnej fotowoltaiki, które przyczyniają się do efektywnej produkcji energii w krajach słonecznych«, mówi prof. dr Stefan Glunz, kierownik działu badań nad fotowoltaiką w Instytucie Fraunhofer ISE. »Dzięki tandemu fotowoltaicznemu możliwe jest przekroczenie granic pojedynczych ogniw słonecznych i ostatecznie obniżenie kosztów energii słonecznej.«