В результате совместного проекта американской Национальной лаборатории возобновляемой энергетики NREL, швейцарского Центра электроники и микро-технологий (CSEM) и Политехнического института в Лозанне (EPFL) разработали и протестировали ряд многопереходных солнечных ячеек, чья эффективность достигла 35,9%.
Двухпереходный солнечный элемент, скомпонованный из сконструированной NREL верхней ячейки из арсенида галлия (GaAs) и кремниевой гетеропереходной ячейки, разработанной CSEM, показал эффективность в 32,8%, а ячейка с тройным переходом, к которой был добавлен слой фосфата галлия индия (GaInP) достигла 35,9% эффективности.
Эффективность 32,8% представляет собой новый рекорд для двухпереходных солнечных элементов типа III-V/Si (III и V – это группы из Периодической таблицы Менделеева). Предыдущий рекорд, который был достигнут этой же исследовательской группой в 2016 г составлял 29,8%.
Почему эта новость важна? Ведь в мире уже существуют солнечные элементы с более высокой эффективностью? Всё дело в цене. Многопереходные ячейки с наивысшей эффективностью – это крайне дорогие устройства.
«Это достижение значимо, поскольку оно впервые показывает, что тандемные ячейки на основе кремния, могут обеспечить эффективность, конкурирующую с более дорогими многопереходными ячейками», — говорит ученый из NREL Адель Тамболи.
Тандемные солнечные элементы являются популярной областью исследований в области PV, благодаря их потенциалу повышения эффективности без ухода от кремниевых технологий, где в последние годы были достигнуты огромные успехи в сокращении затрат.
Да, новые протестированные солнечные элементы еще далеки от финансовой конкурентоспособности. NREL оценивает стоимость в $4,85/ватт для ячейки GaInP и $7,15/ватт -для ячейки GaAs при расчетной 30% -ной эффективности (простейшие однослойные кремниевые солнечные элементы со среднерыночной эффективностью сегодня стоят меньше $0,30/ватт). Однако, ученые подсчитали, что, увеличение до 35% эффективности в сочетании с эффектом масштаба, сможет привести к быстрому снижению удельной стоимости существенно ниже 1 доллара США. «Такое стремительное падение цен не является беспрецедентным, — отмечает NREL. «Например, стоимость китайских фотоэлектрических модулей снизилась с $ 4,50 / Вт в 2006 году до $ 1 / W в 2011 году».
«Тесты показывают, что, если мы хотим улучшить соотношение цена / эффективность солнечной энергии, объединение кристаллического кремния и других материалов — это путь вперед», — говорит Кристоф Баллиф, директор центра фотовольтаики CSEM. «Тесты подтверждают, что кремниевые солнечные элементы HJT, когда они интегрированы в структуру, которую мы разработали, могут обеспечить эффективность конверсии многопереходных солнечных ячеек превышающую 32%».