출처: solarindustrymag.com
미국 에너지부의 연구원국립재생에너지연구소(NREL)은 1-태양 전역 조명 아래에서 기록적인 39.5% 효율의 태양 전지를 만들었습니다. 이것은 표준 1-태양 조건을 사용하여 측정한 모든 유형의 최고 효율 태양 전지입니다.
NREL의 High-Efficiency의 선임 과학자인 Myles Steiner는 "새로운 전지는 더 효율적이고 더 단순한 디자인을 가지고 있어 고도로 영역 제약이 있는 응용이나 낮은 복사 공간 응용과 같은 다양한 새로운 응용에 유용할 수 있습니다"라고 말했습니다. Crystalline Photovoltaics(PV) 그룹 및 프로젝트의 수석 연구원. 그는 NREL 동료 Ryan France, John Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle Young 및 Alan Kibbler와 함께 일했습니다.
개발에 대한 세부 사항은 Joule 저널 5월호에 실린 "두꺼운 양자 우물 초격자에 의해 가능해진 39.5%의 지상파 및 34.2%의 공간 효율을 갖는 삼중 접합 태양 전지" 논문에 요약되어 있습니다.
NREL 과학자들은 이전에 III-V 재료를 사용하여 39.2% 효율의 6접점 태양 전지로 2020년에 기록을 세웠습니다.
가장 최근에 나온 몇몇 태양 전지는 NREL에서 발명된 IMM(역변성 다중접합) 아키텍처를 기반으로 합니다. 이 새롭게 향상된 삼중 접합 IMM 태양 전지는 이제 최고의 연구 전지 효율 차트에 추가되었습니다. 실험적 태양 전지의 성공을 보여주는 차트에는 일본의 Sharp Corporation이 2013년에 세운 37.9%의 이전 3접점 IMM 기록이 포함되어 있습니다.
효율성의 개선은 태양 전지 특성을 수정하기 위해 많은 매우 얇은 층을 사용하는 "양자 우물" 태양 전지에 대한 연구를 따랐습니다. 과학자들은 전례 없는 성능을 가진 양자 우물 태양 전지를 개발하여 서로 다른 밴드갭을 가진 3개의 접합부가 있는 장치에 구현했습니다. 각 접합부는 태양 스펙트럼의 다른 조각을 포착하고 활용하도록 조정되었습니다.
III-V 물질은 주기율표상의 위치 때문에 그렇게 명명되었으며 태양 스펙트럼의 다른 부분을 표적으로 삼을 수 있는 광범위한 에너지 밴드갭에 걸쳐 있습니다. 상단 접합부는 인화 갈륨 인듐(GaInP), 중간에 양자 우물이 있는 비화 갈륨(GaAs), 격자 불일치가 있는 갈륨 인듐 비소(GaInAs)의 하단 접합으로 구성됩니다. 각 재료는 수십 년의 연구를 통해 고도로 최적화되었습니다.
"핵심 요소는 GaAs가 우수한 재료이고 일반적으로 III-V 다중 접합 전지에 사용되지만 3 접합 전지에 대해 정확한 밴드갭이 없기 때문에 3개 전지 간의 광전류 균형이 최적이 아님을 의미합니다. "라고 수석 과학자이자 세포 설계자인 프랑스는 말합니다. "여기에서 우리는 양자 우물을 사용하여 우수한 재료 품질을 유지하면서 밴드갭을 수정했으며, 이는 이 장치와 잠재적으로 다른 응용 프로그램을 가능하게 합니다."
과학자들은 중간층에 양자 우물을 사용하여 GaAs 전지의 밴드갭을 확장하고 세포가 흡수할 수 있는 빛의 양을 늘렸습니다. 중요한 것은, 그들은 큰 전압 손실 없이 광학적으로 두꺼운 양자 우물 장치를 개발했습니다. 그들은 또한 성능을 향상시키기 위해 성장 과정에서 GaInP 상단 셀을 어닐링하는 방법과 별도의 간행물에서 논의된 격자 불일치 GaInAs에서 스레딩 전위 밀도를 최소화하는 방법을 배웠습니다. 이 세 가지 재료는 모두 새로운 셀 디자인에 영향을 줍니다.
III-V 전지는 고효율로 알려져 있지만 제조 공정은 전통적으로 비쌌습니다. 지금까지 III-V 셀은 우주 위성, 무인 항공기 및 기타 틈새 애플리케이션과 같은 애플리케이션에 전력을 공급하는 데 사용되었습니다. NREL의 연구원들은 III-V 전지의 제조 비용을 대폭 절감하고 대체 전지 설계를 제공하기 위해 노력해 왔으며, 이는 이러한 전지를 다양한 새로운 응용 분야에 경제적으로 만들 것입니다.
새로운 III-V 전지는 또한 우주 응용 분야, 특히 태양 전지로 구동되고 높은 전지 효율이 결정적인 통신 위성의 경우 얼마나 효율적인지 테스트했으며 초기에는 34.2%로 나타났습니다. 수명 측정. 현재의 전지 설계는 저방사선 환경에 적합하며 고방사선 응용은 전지 구조의 추가 개발로 가능해질 수 있습니다.
NREL은 재생 에너지 및 에너지 효율성 연구 및 개발을 위한 미국 에너지부의 주요 국립 연구소입니다. NREL은 Alliance for Sustainable Energy LLC에서 에너지 부서를 위해 운영합니다.
