Fraunhofer ISE повідомляє про рекордну ефективність 68.9% для GaAs тонкоплівкових фотоелектричних елементів під лазерним світлом

Новини: Фотоелектрика

29 червня 2021

На додаток до класичних застосувань для сонячних елементів на дахах і відкритих просторах, фотоелектричні пристрої також можуть використовуватися з лазерним світлом для ефективної передачі енергії. На 48-й конференції IEEE Photovoltaic Specialists Conference дослідники з Фраунгоферового інституту сонячних енергетичних систем ISE у Фрайбурзі, Німеччина, представили, як їм вдалося досягти рекордної ефективності перетворення в 68.9% за допомогою фотоелектричного елемента під монохроматичним лазерним світлом. Для цього команда використала дуже тонкий фотоелектричний елемент на основі арсеніду галію (GaAs) і застосувала провідне дзеркало з високою відбивною здатністю на його задній стороні.

Фото: новий тонкоплівковий фотоелектричний елемент Fraunhofer ISE на основі GaAs. (©Fraunhofer ISE / фото: Henning Helmers).

Фотоелектричний ефект особливо ефективний, коли енергія падаючого світла трохи перевищує енергію забороненої зони напівпровідникового матеріалу. Тому теоретично можлива дуже висока ефективність, коли монохроматичний лазер як джерело світла поєднується з відповідним складним напівпровідниковим матеріалом.

У цій передачі енергії «потужності за допомогою світла» лазерна енергія доставляється через повітря або через оптичне волокно до фотоелектричного елемента, властивості якого відповідають потужності та довжині хвилі монохроматичного лазерного світла. У порівнянні зі звичайною передачею електроенергії через мідні дроти, системи живлення за допомогою світла особливо корисні для застосувань, які потребують, наприклад, гальванічно ізольованого джерела живлення, захисту від блискавки або вибуху, електромагнітної сумісності або повністю бездротової передачі електроенергії.

Fraunhofer ISE досягла рекордної ефективності перетворення 68.9% для напівпровідникового фотоелектричного елемента III-V на основі GaAs, підданого лазерному випромінюванню з довжиною хвилі 858 нм. Це вважається найвищою ефективністю, досягнутою на сьогодні для перетворення світла в електрику.

Це стало можливим завдяки тонкоплівковій технології, за якої шари сонячних елементів спочатку вирощуються на підкладці GaAs, яку потім видаляють. Провідне дзеркало з високим відбиттям наноситься на задню поверхню залишкової напівпровідникової структури товщиною всього кілька мікрон.

«Цей тонкоплівковий підхід має дві чіткі переваги щодо ефективності», — каже фізик доктор Хеннінг Хелмерс, керівник дослідницької групи. «Перш за все, фотони затримуються в клітині, і поглинання максимізується для енергій фотонів, близьких до ширини забороненої зони, що одночасно мінімізує термалізацію та втрати при передачі, роблячи клітину більш ефективною. По-друге, фотони, додатково генеровані всередині радіаційної рекомбінації, потрапляють у пастку та ефективно переробляються. Це подовжує ефективний термін служби носія, таким чином додатково збільшуючи напругу».

Дослідницька група досліджувала тонкоплівкові фотоелементи з рефлекторами на задній поверхні із золота та оптично оптимізованою комбінацією кераміки та срібла, причому останнє показало найкращі результати. Гетероструктуру n-GaAs/p-AlGaAs було розроблено як поглинач, який демонструє особливо низькі втрати носіїв заряду через рекомбінацію.

«Це вражаючий результат, який демонструє потенціал фотоелектричних пристроїв для промислового застосування, окрім виробництва сонячної енергії», — коментує директор Fraunhofer ISE, професор Андреас Бетт. Оптична передача енергії має багато застосувань. Прикладами є структурний моніторинг вітрових турбін; моніторинг високовольтних ліній, датчиків палива в баках літаків або пасивних оптичних мереж; оптичне живлення імплантів ззовні тіла; або бездротове джерело живлення для додатків в Інтернеті речей.

Ключові слова: Фраунгофер ISE

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

Відвідайте: www.ise.fraunhofer.de

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