Ffynhonnell: energy.gov
CEFNDIR
Mae dyfeisiau amlswyddogaeth effeithlonrwydd uchel yn defnyddio bandgaps lluosog, neu gyffyrdd, sydd wedi'u tiwnio i amsugno rhanbarth penodol o'r sbectrwm solar i greu celloedd solar sydd ag effeithlonrwydd uwch na 45% erioed. Yr effeithlonrwydd damcaniaethol mwyaf y gall cell solar un bandgap ei gyflawni gyda golau haul heb ei grynhoi yw tua 33.5%, yn bennaf oherwydd dosbarthiad eang ffotonau a allyrrir gan yr haul. Mae'r effeithlonrwydd cyfyngol hwn, a elwir yn derfyn Shockley-Queisser, yn deillio o'r ffaith bod foltedd cylched agored (Voc) cell solar wedi'i gyfyngu gan fandgap y deunydd sy'n amsugno ac nad yw ffotonau ag egni o dan y bandgap yn cael eu hamsugno. Mae ffotonau sydd ag egni sy'n fwy na'r bandgap yn cael eu hamsugno, ond mae'r egni sy'n fwy na'r bandgap yn cael ei golli fel gwres.
Mae dyfeisiau amlswyddogaeth yn defnyddio cell uchaf bandgap uchel i amsugno ffotonau ynni uchel wrth ganiatáu i'r ffotonau ynni is basio trwyddynt. Yna rhoddir deunydd sydd â bandgap ychydig yn is o dan y gyffordd bandgap uchel i amsugno ffotonau ag ychydig yn llai o egni (tonfeddi hirach). Mae celloedd amlswyddogaeth nodweddiadol yn defnyddio dwy gyffordd amsugno neu fwy, ac mae'r effeithlonrwydd damcaniaethol uchaf yn cynyddu gyda nifer y cyffyrdd. Fe wnaeth ymchwil gynnar i ddyfeisiau amlswyddogaeth ysgogi priodweddau lled-ddargludyddion a oedd yn cynnwys elfennau yng ngholofnau III a V y tabl Cyfnodol, megis ffosffad gallium indium (GaInP), arsiumid gallium indium (GaInAs), a gallium arsenide (GaAs). Mae dyfeisiau tri chyffordd sy'n defnyddio lled-ddargludyddion III-V wedi cyrraedd effeithlonrwydd o fwy na 45% gan ddefnyddio golau haul dwys. Gellir trosglwyddo'r bensaernïaeth hon hefyd i dechnolegau celloedd solar eraill, ac ymchwilir i gelloedd amlswyddogaeth wedi'u gwneud o CIGS, CdSe, silicon, moleciwlau organig a deunyddiau eraill.
Yn y gorffennol, defnyddiwyd dyfeisiau amlswyddogaeth yn y gofod yn bennaf, lle mae premiwm wedi'i osod ar gynhyrchu pŵer ysgafn, sy'n caniatáu ar gyfer defnyddio'r dechnoleg solar gost-uchel hon. Ar gyfer cymwysiadau daearol, gellir gwrthbwyso costau uchel y swbstradau lled-ddargludyddion hyn (o'u cymharu â silicon, er enghraifft) trwy ddefnyddio opteg canolbwyntio, gyda'r systemau cyfredol yn defnyddio lensys Fresnel yn bennaf. Mae'r opteg canolbwyntio yn cynyddu faint o ddigwyddiad ysgafn ar y gell solar, gan arwain at gynhyrchu mwy o bŵer. Mae defnyddio opteg canolbwyntio yn gofyn am ddefnyddio olrhain haul echel ddeuol, y mae'n rhaid ei ystyried yng nghost y system.
CYFARWYDDIADAU YMCHWIL
Er bod gan gelloedd amlswyddogaeth III-V effeithlonrwydd uwch na thechnolegau cystadleuol, mae celloedd solar o'r fath yn llawer mwy costus oherwydd technegau a deunyddiau saernïo cyfredol. Felly, mae ymdrechion ymchwil gweithredol wedi'u cyfeirio at ostwng cost trydan a gynhyrchir gan y celloedd solar hyn trwy ddulliau megis datblygu deunyddiau swbstrad newydd, deunyddiau amsugno, a thechnegau saernïo; cynyddu effeithlonrwydd; ac ymestyn y cysyniad amlswyddogaeth i dechnolegau PV eraill. At hynny, oherwydd cost celloedd solar o'r fath, mae datblygu datrysiadau cost isel dibynadwy i olrhain a chanolbwyntio hefyd yn feysydd ymchwil gweithredol i gefnogi gostyngiadau mewn costau ar gyfer systemau PV sy'n defnyddio celloedd amlswyddogaeth.
Dysgwch fwy am y dyfarnwyr a'r prosiectau sy'n cynnwys celloedd III-V effeithlonrwydd uchel isod.
Prifysgol Talaith Ohio: Campws Columbus (Ymchwil a Datblygu Ffotofoltäig)
Prifysgol Talaith Arizona (Ymchwil a Datblygu Ffotofoltäig)
Prifysgol Oregon (Ymchwil a Datblygu Ffotofoltäig: Prosiectau Arloesol Bach mewn Solar)
Ysgol Mwyngloddiau a Thechnoleg De Dakota (Ymchwil a Datblygu Ffotofoltäig: Prosiectau Arloesol Bach mewn Solar)
Prifysgol Talaith Arizona (Ymchwil a Datblygu Ffotofoltäig: Prosiectau Arloesol Bach mewn Solar)
nLiten Energy (Ymchwil a Datblygu Ffotofoltäig: Prosiectau Arloesol Bach mewn Solar)
Prifysgol California, Berkeley (Prosiectau Ffotofoltäig y Genhedlaeth Nesaf II)
Sefydliad Technoleg California (Prosiectau Ffotofoltäig y Genhedlaeth Nesaf II)
Prifysgol Talaith Gogledd Carolina (Rhaglen Sylfaenol i Hyrwyddo Effeithlonrwydd Cell)
Labordy Ynni Adnewyddadwy Cenedlaethol (Rhaglen Sylfaenol i Hyrwyddo Effeithlonrwydd Celloedd)
Prifysgol y Wladwriaeth Ohio (Rhaglen Sylfaenol i Hyrwyddo Effeithlonrwydd Celloedd)
Prifysgol Houston (Prosiect Ffotofoltäig y Genhedlaeth Nesaf 3 Phrosiect)
Labordy Ynni Adnewyddadwy Cenedlaethol (Prosiect Ffotofoltäig y Genhedlaeth Nesaf 3 Prosiect)
BUDD-DALIADAU
Mae buddion celloedd solar aml-swyddogaeth III-V yn cynnwys:
Paru sbectrwm: Gellir ffugio celloedd effeithlonrwydd uchel (> 45%) trwy baru rhannau o'r sbectrwm solar â haenau amsugnwr penodol sydd â bandgaps penodol.
Strwythur grisial: Mae gan y cyfuniadau amrywiol o lled-ddargludyddion III-V strwythurau crisial tebyg ac eiddo delfrydol ar gyfer celloedd solar, gan gynnwys hyd trylediad exciton hir, symudedd cludwr, a sbectra amsugno cydnaws.
CYNHYRCHU
Mae celloedd aml-swyddogaeth III-V traddodiadol wedi'u hymgynnull mewn pentwr monolithig epitaxial gydag is-gelloedd wedi'u cysylltu mewn cyfres trwy gyffyrdd twnnel. Mae adeiladu cell amlswyddogaeth mewn pentwr monolithig yn arwain at gyfyngiadau materol, a hwylusir saernïo dyfeisiau o'r fath os oes gan haenau unigol yr is-gelloedd leoliadau dellt atomig cydnaws ac yn cyfateb â dellt. Y fantais hon o baru dellt yw pam y defnyddir Ge, sy'n dellt yn cyfateb i rai aloion III-V, yn draddodiadol fel y swbstrad a'r gell bandgap gul yn MJ's. Gellir goresgyn cyfyngiadau paru dellt gyda chymhlethdod ychwanegol gan ddefnyddio bondio wafer neu haenau byffer metamorffig.
Mae'r haen cyffordd twnnel wedi'i hadeiladu gan ryngwyneb haenau p ++ a n ++ dop uchel. Mae rhyngweithiad yr haenau hyn yn arwain at ranbarth gwefr gofod sy'n gul yn ofodol, sy'n caniatáu i'r cerrynt lifo rhwng yr is-gelloedd. Gellir ychwanegu haenau bandgap uchel, a elwir yn haenau ffenestri a chaeau arwyneb cefn, i gyflyrau wyneb goddefol wrth y rhyngwyneb rhwng is-gell a chyffordd y twnnel, a all, os na chaiff ei basio, ddal cludwyr a chyflymu ailgyfuno.
Os yw'r subcells wedi'u cysylltu mewn cyfres, mae'r subcell sy'n dargludo'r cerrynt lleiaf yn cyfyngu'r cerrynt uchaf a all lifo trwy'r ddyfais. Felly, rhoddir ymdrech sylweddol i diwnio cerrynt yr is-gelloedd. Gall cyplysu luminescent rhwng subcells lacio rhai o'r gofynion dylunio sy'n cyfateb ar hyn o bryd.
Gellir ffugio celloedd solar Multijunction III-V gan ddefnyddio technegau epitaxy trawst moleciwlaidd (MBE), ond mae saernïo mewn adweithyddion dyddodiad anwedd cemegol-metel mawr (MOCVD) yn nodweddiadol ar gyfer cynhyrchu dyfeisiau GaInP / GaInAs / Ge ar raddfa fasnachol. Gellir tyfu haenau o trimethylgallium (Ga (CH3) 3), trimethylindium (InC3H9), arsine (AsH3), a ffosffin (PH3) mewn nwy cludwr hydrogen a defnyddio dopants fel hydrogen selenide (H2Se), silane (SiH6), a sinc diethyl ((C2H5) 2Zn). Mae defnyddio opteg canolbwyntio yn caniatáu i gelloedd unigol fod yn eithaf bach - ar brydiau, mor fach â maint blaen pensil. Felly, mae'r technegau hyn yn caniatáu tyfu cannoedd o gelloedd solar mewn sypiau sengl. Mae ymchwil yn cael ei wneud i leihau maint celloedd ymhellach a chynyddu nifer y celloedd y gellir eu tyfu o un wafer, a fydd yn helpu i leihau'r gost fesul cell.
