Ffynhonnell: solarindustrymag.com
Ymchwilwyr yn Adran Ynni yr UDLabordy Ynni Adnewyddadwy Cenedlaethol(NREL) wedi creu cell solar gydag effeithlonrwydd uchaf erioed o 39.5 y cant o dan 1-oleuad byd-eang yr haul. Dyma'r gell solar effeithlonrwydd uchaf o unrhyw fath, wedi'i mesur gan ddefnyddio amodau'r haul 1-safonol.
"Mae'r gell newydd yn fwy effeithlon ac mae ganddi ddyluniad symlach a allai fod yn ddefnyddiol ar gyfer amrywiaeth o gymwysiadau newydd, megis cymwysiadau â chyfyngiad ardal iawn neu gymwysiadau gofod ymbelydredd isel," meddai Myles Steiner, uwch wyddonydd yn Effeithlonrwydd Uchel NREL Grŵp Ffotofoltäig Grisial (PV) a phrif ymchwilydd ar y prosiect. Gweithiodd ochr yn ochr â chydweithwyr NREL Ryan France, John Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle Young ac Alan Kibbler.
Mae manylion y datblygiad wedi'u hamlinellu yn y papur "Celloedd solar cyffordd Driphlyg gyda 39.5 y cant o effeithlonrwydd gofod daearol a 34.2 y cant wedi'i alluogi gan superlattices ffynnon cwantwm trwchus," sy'n ymddangos yn rhifyn mis Mai o'r cyfnodolyn Joule.
Yn flaenorol, gosododd gwyddonwyr NREL record yn 2020 gyda chell solar chwe chyffordd effeithlon o 39.2 y cant gan ddefnyddio deunyddiau III-V.
Mae nifer o'r celloedd solar diweddaraf gorau wedi'u seilio ar bensaernïaeth amlgyffwrdd metamorffig gwrthdro (IMM) a ddyfeisiwyd yn NREL. Mae'r gell solar IMM cyffordd driphlyg newydd hon bellach wedi'i hychwanegu at y Siart Effeithlonrwydd Celloedd Ymchwil Gorau. Mae'r siart, sy'n dangos llwyddiant celloedd solar arbrofol, yn cynnwys y cofnod IMM tair cyffordd blaenorol o 37.9 y cant a sefydlwyd yn 2013 gan Sharp Corporation of Japan.
Daeth y gwelliant mewn effeithlonrwydd yn dilyn ymchwil i gelloedd solar "cwantwm", sy'n defnyddio llawer o haenau tenau iawn i addasu priodweddau celloedd solar. Datblygodd y gwyddonwyr gell solar cwantwm ffynnon gyda pherfformiad digynsail a'i rhoi ar waith yn ddyfais gyda thair cyffordd gyda bylchau band gwahanol, lle mae pob cyffordd yn cael ei diwnio i ddal a defnyddio darn gwahanol o'r sbectrwm solar.
Mae'r deunyddiau III-V, a enwyd felly oherwydd lle maent yn disgyn ar y tabl cyfnodol, yn rhychwantu ystod eang o fylchau band ynni sy'n caniatáu iddynt dargedu gwahanol rannau o'r sbectrwm solar. Mae'r gyffordd uchaf wedi'i gwneud o gallium indium phosphide (GaInP), canol gallium arsenide (GaAs) gyda ffynhonnau cwantwm, a gwaelod gallium indium arsenide (GaInAs) nad yw'n cyfateb â dellt. Mae pob deunydd wedi'i optimeiddio'n fawr dros ddegawdau o ymchwil.
"Elfen allweddol yw, er bod GaAs yn ddeunydd rhagorol ac yn cael ei ddefnyddio'n gyffredinol mewn celloedd amlgyffordd III-V, nid oes ganddo'r bwlch band cywir ar gyfer cell tair cyffordd, sy'n golygu nad yw'r cydbwysedd ffotolifau rhwng y tair cell yn optimaidd. ,” sylwadau Ffrainc, uwch wyddonydd a dylunydd celloedd. "Yma, rydym wedi addasu'r bandgap tra'n cynnal ansawdd deunydd rhagorol trwy ddefnyddio ffynhonnau cwantwm, sy'n galluogi'r ddyfais hon a chymwysiadau eraill o bosibl."
Defnyddiodd y gwyddonwyr ffynhonnau cwantwm yn yr haen ganol i ymestyn bandgap cell GaAs a chynyddu faint o olau y gall y gell ei amsugno. Yn bwysig, datblygwyd dyfeisiau ffynnon cwantwm trwchus yn optegol heb golled foltedd mawr. Dysgon nhw hefyd sut i anelio'r gell uchaf GaInP yn ystod y broses dwf er mwyn gwella ei pherfformiad a sut i leihau'r dwysedd dadleoli edafu mewn GaInAs nad ydynt yn cyfateb i dellt, a drafodwyd mewn cyhoeddiadau ar wahân. Gyda'i gilydd, mae'r tri deunydd hyn yn llywio'r dyluniad celloedd newydd.
Mae celloedd III-V yn adnabyddus am eu heffeithlonrwydd uchel, ond yn draddodiadol mae'r broses weithgynhyrchu wedi bod yn ddrud. Hyd yn hyn, mae celloedd III-V wedi'u defnyddio i bweru cymwysiadau fel lloerennau gofod, cerbydau awyr di-griw a chymwysiadau arbenigol eraill. Mae ymchwilwyr yn NREL wedi bod yn gweithio tuag at leihau cost gweithgynhyrchu celloedd III-V yn sylweddol a darparu dyluniadau celloedd amgen, a fydd yn gwneud y celloedd hyn yn economaidd ar gyfer amrywiaeth o gymwysiadau newydd.
Profwyd y gell III-V newydd hefyd i weld pa mor effeithlon y byddai mewn cymwysiadau gofod, yn enwedig ar gyfer lloerennau cyfathrebu, sy'n cael eu pweru gan gelloedd solar ac y mae effeithlonrwydd celloedd uchel yn hanfodol ar eu cyfer a daeth i mewn ar 34.2 y cant ar gyfer dechrau-o- mesur bywyd. Mae dyluniad presennol y gell yn addas ar gyfer amgylcheddau ymbelydredd isel, a gellir galluogi cymwysiadau ymbelydredd uwch trwy ddatblygiad pellach strwythur y gell.
NREL yw prif labordy cenedlaethol Adran Ynni yr UD ar gyfer ymchwil a datblygu ynni adnewyddadwy ac effeithlonrwydd ynni. Mae NREL yn cael ei weithredu ar ran yr Adran Ynni gan y Alliance for Sustainable Energy LLC.
