Fraunhofer ISE сообщает о рекордной эффективности 68.9% тонкопленочного фотоэлемента GaAs под воздействием лазерного излучения

Новости: Фотоэлементы

29 июня 2021

В дополнение к классическим применениям солнечных элементов на крышах и открытых пространствах фотоэлектрические устройства также могут использоваться с лазерным светом для эффективной передачи энергии. На 48-й конференции специалистов по фотоэлектрической энергии IEEE исследователи из Института солнечных энергетических систем Фраунгофера ISE во Фрайбурге, Германия, представили, как им удалось достичь рекордного КПД преобразования 68.9% с помощью фотоэлектрического элемента под действием монохроматического лазерного света. Для этого команда использовала очень тонкий фотоэлектрический элемент на основе арсенида галлия (GaAs) и нанесла на его обратную сторону проводящее зеркало с высокой отражающей способностью.

На фото: новый тонкопленочный фотоэлектрический элемент на основе GaAs от Fraunhofer ISE. (© Fraunhofer ISE / фото: Хеннинг Хельмерс).

Фотоэлектрический эффект особенно эффективен, когда энергия падающего света немного превышает энергию запрещенной зоны полупроводникового материала. Таким образом, теоретически возможна очень высокая эффективность, когда монохроматический лазер в качестве источника света сочетается с подходящим составным полупроводниковым материалом.

При такой передаче энергии «сила светом» энергия лазера доставляется либо по воздуху, либо через оптическое волокно к фотоэлектрическому элементу, свойства которого соответствуют мощности и длине волны монохроматического лазерного света. По сравнению с традиционной передачей энергии по медным проводам системы с питанием от света особенно выгодны, например, для приложений, требующих гальванически изолированного источника питания, защиты от молний или взрывов, электромагнитной совместимости или полностью беспроводной передачи энергии.

Fraunhofer ISE достиг рекордной эффективности преобразования 68.9% для полупроводникового фотоэлектрического элемента III-V на основе GaAs, подвергнутого воздействию лазерного света с длиной волны 858 нм. Это считается наивысшей достигнутой на сегодняшний день эффективностью преобразования света в электричество.

Это стало возможным благодаря тонкопленочной технологии, при которой слои солнечных элементов сначала выращиваются на подложке GaAs, а затем удаляются. На заднюю поверхность оставшейся полупроводниковой структуры толщиной всего несколько микрон наносится проводящее зеркало с высокой отражающей способностью.

«У этого тонкопленочного подхода есть два явных преимущества с точки зрения эффективности», — говорит физик доктор Хеннинг Хелмерс, руководитель исследовательской группы. «Прежде всего, фотоны улавливаются в ячейке, и поглощение максимизируется для фотонов с энергией, близкой к запрещенной зоне, что одновременно сводит к минимуму потери на термализацию и передачу, делая ячейку более эффективной. Во-вторых, фотоны, дополнительно генерируемые внутри в результате излучательной рекомбинации, улавливаются и эффективно перерабатываются. Это продлевает эффективный срок службы носителей, тем самым дополнительно увеличивая напряжение».

Исследовательская группа исследовала тонкопленочные фотоэлектрические элементы с отражателями на задней поверхности из золота и оптически оптимизированной комбинацией керамики и серебра, причем последнее показало наилучшие результаты. В качестве поглотителя была разработана гетероструктура n-GaAs/p-AlGaAs, которая демонстрирует особенно низкие потери носителей заряда из-за рекомбинации.

«Это впечатляющий результат, который показывает потенциал фотоэлектрической энергии для промышленного применения, помимо производства солнечной энергии», - комментирует директор Fraunhofer ISE, профессор Андреас Бетт. Оптическая передача энергии имеет множество применений. Примерами являются структурный мониторинг ветряных турбин; мониторинг высоковольтных линий, датчиков топлива в баках самолетов или пассивных оптических сетей; оптическое снабжение имплантатов снаружи тела; или беспроводной источник питания для приложений Интернета вещей.

Теги: Фраунгофер ISE

Посетите: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pssr.202100113

Посетите: www.ise.fraunhofer.de

Источник: http://www.semiconductor-today.com/news_items/2021/jun/fraunhofer-ise-290621.shtml.