Wetenschappers blijven pushenzonnepanelenefficiënter te zijn, en er is een nieuw record te melden: een nieuwe zonnecel behaalt een efficiëntie van 39,5 procent onder standaard 1-zon wereldwijde lichtomstandigheden.
De 1-zonmarkering is slechts een gestandaardiseerde manier om een vaste hoeveelheid zonlicht te meten, nu kan bijna 40% van de straling worden omgezet in elektriciteit. Het vorige record voor dit typezonnepaneelmateriaal was 39,2% efficiëntie.
Er zijn meer soorten zonnecellen in omloop dan je zou denken. Het type dat hier wordt gebruikt, zijn triple-junction III-V tandemzonnecellen, die vaak worden gebruikt in satellieten en ruimtevaartuigen, hoewel ze ook een groot potentieel hebben op vaste grond.
"De nieuwe cellen zijn efficiënter en eenvoudiger te ontwerpen en kunnen nuttig zijn voor een verscheidenheid aan nieuwe toepassingen, zoals toepassingen met zeer beperkte ruimte of toepassingen met een lage emissie in de ruimte", zegt natuurkundige Myles Steiner van het National Renewable Energy Laboratory..”NREL) in Colorado.
In termen van zonnecelefficiëntie is het "triple junction"-gedeelte van de vergelijking belangrijk. Elke knoop is geconcentreerd in een specifiek deel van het spectrale bereik van de zon, wat betekent dat er minder licht verloren gaat en niet wordt gebruikt.
De efficiëntie wordt verder verbeterd door gebruik te maken van zogenaamde "quantum well"-technologie. De fysica erachter is vrij complex, maar het algemene idee is dat de materialen zorgvuldig zijn geselecteerd en geoptimaliseerd, en zo dun mogelijk. Dit beïnvloedt de band gap, de minimale hoeveelheid energie die nodig is om elektronen op te wekken en stroom te laten vloeien.
In dit geval bestaan de drie knooppunten uit galliumindiumfosfide (GaInP), galliumarsenide (GaAs) met wat extra kwantumbronefficiëntie en galliumindiumarsenide (GaInAs).
”Een belangrijke factor is dat, hoewel GaAs een uitstekend materiaal is en vaak wordt gebruikt in III-V-multijunctiecellen, het niet de exacte bandgap heeft voor triple-junctioncellen, wat de fotostroom tussen de drie cellen betekent. De balans is niet optimaal, ” zei NREL-natuurkundige Ryan France.
"Hier hebben we de band gap aangepast door quantum wells te gebruiken, terwijl we de uitstekende materiaalkwaliteit hebben behouden die dit apparaat en mogelijk andere toepassingen mogelijk maakt."
Enkele van de verbeteringen die in deze nieuwste cel zijn toegevoegd, zijn onder meer het verhogen van de hoeveelheid geabsorbeerd licht zonder enig overeenkomstig spanningsverlies. Er zijn verschillende andere technische aanpassingen gedaan om beperkingen tot een minimum te beperken.
Dit is het hoogste 1-zonrendement van allezonnepaneelcel op de plaat, hoewel we hogere efficiëntie hebben gezien van intensere zonnestraling. Hoewel het tijd zal kosten voordat de technologie van het laboratorium naar het daadwerkelijke product gaat, zijn de potentiële verbeteringen opwindend.
De cellen behaalden ook een indrukwekkende ruimte-efficiëntie van 34,2 procent, wat ze zouden moeten bereiken wanneer ze in een baan om de aarde worden gebruikt. Hun gewicht en weerstand tegen hoogenergetische deeltjes maken ze bijzonder geschikt voor deze taak.
"Omdat dit op het moment van schrijven de meest efficiënte 1-zon zonnecellen zijn, zetten deze cellen ook een nieuwe standaard voor de haalbare efficiëntie van alle fotovoltaïsche technologieën", schreven de onderzoekers in hun gepubliceerde paper.
Posttijd: 24 mei-2022
