תא סולארי 1-Sun ביעילות הגבוהה ביותר

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


חוקרים במעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת של משרד האנרגיה האמריקני (NREL) יצרו תא סולארי עם יעילות שיא של 39.5% תחת תאורה גלובלית של שמש אחת. זהו התא הסולארי בעל היעילות הגבוהה ביותר מכל סוג, הנמדד בתנאי שמש סטנדרטיים.

"התא החדש יעיל יותר ובעל עיצוב פשוט יותר שעשוי להיות שימושי עבור מגוון יישומים חדשים, כגון יישומים מוגבלי שטח או יישומי חלל בעלי קרינה נמוכה", אמר מיילס שטיינר, מדען בכיר ב-NREL's High Efficiency. קבוצת פוטוולטאיקה קריסטלית (PV) וחוקר ראשי בפרויקט. הוא עבד לצד עמיתים ל-NREL ריאן פראנס, ג'ון גייס, טאו סונג, וולדו אולאוואריה, מישל יאנג ואלן קיבלר.

פרטים על הפיתוח מתוארים במאמר "תאים סולריים משולשת עם 39.5% יעילות שטח ו-34.2% המאפשרים על ידי סריגים עבים של באר קוונטים", המופיע בגיליון מאי של כתב העת ג'אוּל.

מדעני NREL קבעו בעבר שיא בשנת 2020 עם תא סולארי בעל שישה צמתים יעיל של 39.2% באמצעות חומרים III-V.

כמה מהתאים הסולאריים הטובים ביותר לאחרונה התבססו על ארכיטקטורת ריבוי צומת מטמורפית הפוכה (IMM) שהומצאה ב-NREL. תא שמש IMM משופר זה עתה צומת משולש נוסף כעת לתרשים יעילות תא המחקר הטובה ביותר. התרשים, המציג את הצלחתם של תאים סולאריים ניסיוניים, כולל את שיא ה-IMM הקודם של שלושה צומתים של 37.9% שהוקם בשנת 2013 על ידי חברת Sharp Corporation מיפן.

השיפור ביעילות הגיע בעקבות מחקר על תאים סולאריים "באר קוונטית", אשר מנצלים הרבה שכבות דקות מאוד כדי לשנות את תכונות התאים הסולאריים. המדענים פיתחו תא סולארי של באר קוונטית עם ביצועים חסרי תקדים והטמיעו אותו במכשיר עם שלושה צמתים עם פערי פס שונים, כאשר כל צומת מכוון ללכוד ולנצל נתח אחר של ספקטרום השמש.

החומרים III-V, שנקראים כך בגלל המקום בו הם נופלים בטבלה המחזורית, משתרעים על מגוון רחב של פערי אנרגיה המאפשרים להם לכוון לחלקים שונים בספקטרום השמש. הצומת העליון עשוי גליום אינדיום פוספיד (GaInP), האמצע של גליום ארסניד (GaAs) עם בארות קוונטיות, והחלק התחתון של גליום אינדיום ארסניד (GaInAs) שאינו תואם סריג. כל חומר עבר אופטימיזציה גבוהה במשך עשרות שנות מחקר.

"מרכיב מפתח הוא שבעוד ש-GaAs הוא חומר מצוין ובדרך כלל נעשה בו שימוש בתאי רב-צמתים III-V, אין לו את הפער הנכון עבור תא בעל שלושה צומתים, כלומר האיזון של זרמי הפוטו בין שלושת התאים אינו אופטימלי. "אמר צרפת, מדען בכיר ומעצב תאים. "כאן, שינינו את פער הרצועה תוך שמירה על איכות חומר מעולה על ידי שימוש בארות קוונטיות, מה שמאפשר את ההתקן הזה ופוטנציאל ליישומים אחרים."

המדענים השתמשו בבארות קוונטיות בשכבה האמצעית כדי להרחיב את פער הפס של תא ה-GaAs ולהגדיל את כמות האור שהתא יכול לספוג. חשוב לציין, הם פיתחו התקני באר קוונטיים עבים אופטית ללא אובדן מתח גדול. הם גם למדו כיצד לחשל את התא העליון של GaInP במהלך תהליך הגדילה על מנת לשפר את הביצועים שלו וכיצד למזער את צפיפות נקע ההברגה ב-GaInAs שאינם תואמים לסריג, שנדונו בפרסומים נפרדים. בסך הכל, שלושת החומרים הללו מודיעים לעיצוב התא החדש.

תאי III-V ידועים ביעילותם הגבוהה, אך תהליך הייצור היה יקר באופן מסורתי. עד כה, נעשה שימוש בתאי III-V להפעלת יישומים כגון לווייני חלל, כלי טיס בלתי מאוישים ויישומי נישה אחרים. חוקרים ב-NREL פעלו לצמצום דרסטי של עלות הייצור של תאי III-V ולספק עיצובי תאים חלופיים, שיהפכו את התאים הללו לחסכוניים עבור מגוון יישומים חדשים.

תא ה-III-V החדש נבדק גם לגבי מידת היעילות שלו ביישומי חלל, במיוחד עבור לווייני תקשורת, המופעלים על ידי תאים סולאריים ואשר עבורם יעילות תא גבוהה חיונית, והגיע ל-34.2% להתחלה של – מדידת חיים. העיצוב הנוכחי של התא מתאים לסביבות בעלות קרינה נמוכה, וייתכן כי יישומים בעלי קרינה גבוהה יותר יתאפשרו על ידי פיתוח נוסף של מבנה התא.



קישור לכתבת המקור – 2022-05-25 00:12:11

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר