Báo cáo của Fraunhofer ISE ghi lại hiệu suất 68.9% đối với tế bào PV màng mỏng GaAs dưới ánh sáng laser

Tin tức: Quang điện

29 Tháng Sáu 2021

Ngoài các ứng dụng cổ điển cho pin mặt trời trên mái nhà và không gian mở, các thiết bị quang điện cũng có thể được sử dụng với ánh sáng laze để truyền năng lượng hiệu quả. Tại Hội nghị Chuyên gia Quang điện IEEE lần thứ 48, các nhà nghiên cứu từ Viện Fraunhofer về Hệ thống Năng lượng Mặt trời ISE ở Freiburg, Đức đã trình bày cách họ có thể đạt được hiệu suất chuyển đổi kỷ lục 68.9% với tế bào quang điện dưới ánh sáng laze đơn sắc. Đối với điều này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một tế bào quang điện rất mỏng làm từ gali arsenua (GaAs) và áp dụng một tấm gương dẫn điện, có độ phản chiếu cao ở mặt sau của nó.

Ảnh: Tế bào quang điện màng mỏng dựa trên GaAs mới của Fraunhofer ISE. (©Fraunhofer ISE / ảnh: Henning Helmers).

Hiệu ứng quang điện đặc biệt hiệu quả khi năng lượng của ánh sáng tới cao hơn năng lượng vùng cấm của vật liệu bán dẫn một chút. Do đó, hiệu suất rất cao là có thể về mặt lý thuyết khi một tia laser đơn sắc làm nguồn sáng được kết hợp với một vật liệu bán dẫn hợp chất phù hợp.

Trong quá trình truyền năng lượng 'cung cấp năng lượng bằng ánh sáng' này, năng lượng laze được truyền qua không khí hoặc qua một sợi quang đến một tế bào quang điện có đặc tính phù hợp với công suất và bước sóng của ánh sáng laze đơn sắc. So với truyền điện thông thường qua dây đồng, hệ thống power-by-light đặc biệt có lợi cho các ứng dụng yêu cầu nguồn điện cách ly, chống sét hoặc cháy nổ, tương thích điện từ hoặc truyền điện hoàn toàn không dây chẳng hạn.

Fraunhofer ISE đã đạt được hiệu suất chuyển đổi kỷ lục là 68.9% đối với tế bào quang điện bán dẫn III-V dựa trên GaAs tiếp xúc với ánh sáng laze có bước sóng 858nm. Đây được coi là hiệu quả cao nhất đạt được cho đến nay đối với việc chuyển đổi ánh sáng thành điện năng.

Điều này có thể thực hiện được nhờ công nghệ màng mỏng, trong đó các lớp pin mặt trời được phát triển đầu tiên trên chất nền GaAs, chất nền này sau đó được loại bỏ. Một tấm gương dẫn điện, có độ phản chiếu cao được áp dụng cho bề mặt sau của cấu trúc bán dẫn còn lại, chỉ dày vài micron.

Tiến sĩ vật lý học Henning Helmers, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Phương pháp màng mỏng này có hai ưu điểm khác biệt về hiệu quả. “Trước hết, các photon bị giữ lại trong tế bào và sự hấp thụ được tối đa hóa đối với năng lượng photon gần với vùng cấm, đồng thời giảm thiểu tổn thất nhiệt hóa và truyền dẫn, giúp tế bào hoạt động hiệu quả hơn. Thứ hai, các photon được tạo ra bên trong bởi quá trình tái hợp bức xạ sẽ bị giữ lại và được tái chế một cách hiệu quả. Điều này kéo dài tuổi thọ sóng mang hiệu quả, do đó làm tăng thêm điện áp.”

Nhóm nghiên cứu đã khảo sát các tế bào quang điện màng mỏng với các gương phản xạ bề mặt sau làm bằng vàng và sự kết hợp tối ưu hóa về mặt quang học giữa gốm và bạc, với loại sau cho kết quả tốt nhất. Cấu trúc dị thể n-GaAs/p-AlGaAs được phát triển dưới dạng chất hấp thụ, cho thấy tổn thất hạt tải điện đặc biệt thấp do tái hợp.

Giáo sư Andreas Bett, giám đốc Fraunhofer ISE, nhận xét: “Đây là một kết quả ấn tượng cho thấy tiềm năng của quang điện đối với các ứng dụng công nghiệp ngoài việc sản xuất năng lượng mặt trời”. Truyền tải quang có nhiều ứng dụng. Ví dụ như việc giám sát cấu trúc của tua-bin gió; giám sát đường dây điện áp cao, cảm biến nhiên liệu trong thùng máy bay hoặc mạng quang thụ động; cung cấp quang học cho thiết bị cấy ghép từ bên ngoài cơ thể; hoặc nguồn điện không dây cho các ứng dụng trong Internet of Things.

tags: Fraunhofer ISE

Truy cập: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pssr.202100113

Truy cập: www.ise.fraunhofer.de

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