Фотоэлектрическая клетка третьего поколения

Фотоэлектрические клетки третьего поколения представляют собой солнечные клетки , которые потенциально способны преодолеть предел Shockley-quiesser 31–41% эффективности мощности для солнечных элементов с одной зоной . Это включает в себя ряд альтернатив клеток, изготовленных из полупроводниковых перекрестков PN («первое поколение») и тонкоплентных клеток («Второе поколение»). Общие системы третьего поколения включают многослойные («тандем») клетки, изготовленные из аморфного кремния или арсенида галлия , в то время как более теоретические разработки включают преобразование частоты (т.е. изменение частот света, которые ячейка не может использовать для освещения частот, которые могут Использование-таким образом, создавая большую мощность), эффекты горячих носителей и другие методы выброса с множественным носителем. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Появляющаяся фотоэлектрика включает в себя:

Медный цинк -сульфидный солнечный элемент (CZT) и производные CZTSE и CZTSSE
Сенсибилизированный красителем солнечный элемент , также известный как «грицельская клетка»
Органический солнечный элемент
Перовский солнечный элемент
Квантовая точка солнечная батарея

Достижения в исследованиях клеток перовскита, особенно, получили огромное внимание в общественности, поскольку их эффективность исследования недавно выросли выше 20 процентов. Они также предлагают широкий спектр недорогих приложений. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Кроме того, в другой новой технологии, концентраторной фотоэлектрической карте (CPV), использует высокоэффективные, многоотструительные солнечные элементы в сочетании с оптическими линзами и системой отслеживания.

Технологии

Солнечные элементы можно рассматривать как виденные световые аналоги для радиоприемников . Приемник состоит из трех основных частей; Антенна, которая преобразует радиоволны (свет) в волнообразные движения электронов в антеннном материале, электронный клапан, который улавливает электроны, когда они выскакивают с конца антенны, и тюнера, который усиливает электроны выбранной частоты. Можно построить солнечный элемент, идентичный радио, системе, известной как оптическая прямоугольная , но на сегодняшний день они не были практичными.

Большая часть рынка солнечных электриков состоит из устройств на основе кремния. В кремниевых клетках кремний действует как антенна (или донор электронов , технически), так и электронный клапан. Кремний широко доступен, относительно недорогой и имеет полос, который идеально подходит для солнечной коллекции. С другой стороны, это энергетически и экономически дорого производить кремний оптом, и были предприняты большие усилия по сокращению требуемой суммы. Кроме того, он механически хрупкий, который обычно требует, чтобы лист сильного стекла для использования в качестве механической поддержки и защиты от элементов. Только стекло является значительной частью стоимости типичного солнечного модуля.

Согласно ограничению Shockley -quiesser, большая часть теоретической эффективности клетки обусловлена разницей в энергии между полосой и солнечным фотоном. Любой фотон с большим количеством энергии, чем полосатая склада, может вызвать фотоэкскурацию, но любая энергия над энергией полосы. Рассмотрим солнечный спектр; Только небольшая часть света, достигающего земли, синяя, но эти фотоны в три раза превышают энергию красного света. Бандинг кремния составляет 1,1 эВ, о красном свете, поэтому в этом случае энергия синего света теряется в кремниевой ячейке. Если полосовая складка настраивается выше, скажем, силу, эта энергия теперь захватывается, но только за счет отклонения более низких энергетических фотонов.

Можно значительно улучшить ячейку с одним соединением, укладывая тонкие слои материала с различной полосой давлением друг на друга- подход «тандемная ячейка» или «многоотданый» . Традиционные методы подготовки кремния не поддаются этому подходу. Вместо этого использовались тонкие пленки аморфного кремния, в частности, продукты Uni-Solar , но другие проблемы не позволили им сопоставить производительность традиционных клеток. Большинство тандем-клеточных структур основаны на более высоких полупроводниках производительности, в частности, арсенида галлия (GAAS). Трехслойные клетки GAAS достигли 41,6% эффективности для экспериментальных примеров. ^{[ 9 ]} В сентябре 2013 года четырехслойная ячейка достигла 44,7 % эффективности. ^{[ 10 ]}

Численный анализ показывает, что «идеальная» однослойная солнечная батарея должна иметь полосу отдела 1,13 эВ, почти точно такому из кремния. Такая ячейка может иметь максимальную теоретическую эффективность преобразования мощности 33,7% - солнечная энергия ниже красной (в инфракрасном) теряется, а также теряется дополнительная энергия более высоких цветов. Для двухслойной ячейки один слой должен быть настроен на 1,64 эВ, а другой - 0,94 эВ, с теоретическими показателями 44%. Трехслойная ячейка должна быть настроена на 1,83, 1,16 и 0,71 эВ, с эффективностью 48%. Теоретическая клетка «бесконечности» будет иметь теоретическую эффективность 68,2% для диффузного света. ^{[ 11 ]}

В то время как новые солнечные технологии, которые были обнаружены в центре вокруг нанотехнологий, в настоящее время используется несколько различных методов материала.

Этикетка третьего поколения охватывает множество технологий, хотя она включает в себя не полупроводниковые технологии (включая полимеры и биомиметику ), квантовые , тандемные/мультиоценные клетки , солнечный батарек промежуточной полосы , ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} Клетки с горячим носителем , Photon Upconversion и понижения технологии , а также солнечные теплологические технологии, такие как термофотоника , которая является одной из технологий, идентифицируемой Green как третьего поколения. ^{[ 14 ]}

Это также включает в себя: ^{[ 15 ]}

Кремниевые наноструктуры
Изменение падающего спектра ( Photovoltaics концентратора ), чтобы достичь 300–500 солнц и эффективность 32% (уже достигнутые в клетках Sol3G ^{[ 16 ]}) до +50%.
Использование избыточной тепловой генерации (вызванной ультрафиолетовым светом ) для усиления напряжений или сбора носителей.
Использование инфракрасного спектра для производства электричества ночью.

Смотрите также

Ссылки

^ Shockley, W.; Queisser, HJ (1961). «Подробный предел баланса эффективности солнечных элементов PN -соединения». Журнал прикладной физики . 32 (3): 510. Bibcode : 1961Jap .... 32..510S . doi : 10.1063/1.1736034 .
^ Луке, Антонио; Лопес Араужо, Джерардо (1990). Физические ограничения на фотоэлектрическую преобразование энергии . Бристоль: Адам Хилгер. ISBN 0-7503-0030-2 .
^ Грин, MA (2001). «Фотоэлектрика третьего поколения: сверхвысокая эффективность конверсии при низких ценах». Прогресс в фотоэлектрической форме: исследования и приложения . 9 (2): 123–135. doi : 10.1002/pip.360 .
^ Марти, А.; Луке А. (1 сентября 2003 г.). Фотоэлектрическая картина следующего поколения: высокая эффективность за счет полного использования спектра . CRC Press. ISBN 978-1-4200-3386-1 .
^ Conibeer, G. (2007). «Фотоэлектрическая фотоисконь третьего поколения» . Материалы сегодня . 10 (11): 42–50. doi : 10.1016/s1369-7021 (07) 70278-x .
^ «Новый стабильный и потери затрат тип перовскита солнечный элемент» . Phys.org . 17 июля 2014 года . Получено 4 августа 2015 года .
^ «Распылительное отложение направляет солнечные элементы перовскита к коммерциализации» . Chemistryworld . 29 июля 2014 года . Получено 4 августа 2015 года .
^ «Перовските солнечные элементы» . Оссила . Получено 4 августа 2015 года .
^ Дэвид Билло, «Новый набор эффективности солнечной ячейки» , Scientific American , 27 августа 2009 г.
^ «Солнечные батареи достигают нового мирового рекорда с эффективностью 44,7 процента» . Получено 26 сентября 2013 года .
^ Грин, Мартин (2006). Фотоэколтаики третьего поколения . Нью -Йорк: Спрингер. п. 66
^ Луке, Антонио; Марти, Антонио (1997). «Повышение эффективности идеальных солнечных элементов с помощью фотонов индуцировало переходы на промежуточных уровнях» . Письма о физическом обзоре . 78 (26): 5014–5017. doi : 10.1103/physrevlett.78.5014 .
^ Weiming Wang; Альберт С. Лин; Джейми Д. Филлипс (2009). «Промежуточная полоса фотоэлектрическая солнечная батарея на основе ZNTE: O». Приложение Физический Летал 95 (1): 011103. Bibcode : 2009apphl..95a1103W . doi : 10.1063/1.3166863 .
^ Грин, Мартин (2003). Фотоэволтаика третьего поколения: передовая конверсия солнечной энергии . Springer Science+Business Media . ISBN 978-3-540-40137-7 .
^ Школа фотоэлектрической инженерии UNSW. «Фотоэлектрическая фотоискость третьего поколения» . Получено 20 июня 2008 года .
^ Sol3g обеспечивает солнечные элементы с тройным соединением от Azur Space

Внешние ссылки

[1] Shockley, W.; Queisser, HJ (1961). «Подробный предел баланса эффективности солнечных элементов PN -соединения». Журнал прикладной физики . 32 (3): 510. Bibcode : 1961Jap .... 32..510S . doi : 10.1063/1.1736034 .

[2] Луке, Антонио; Лопес Араужо, Джерардо (1990). Физические ограничения на фотоэлектрическую преобразование энергии . Бристоль: Адам Хилгер. ISBN 0-7503-0030-2 .

[3] Грин, MA (2001). «Фотоэлектрика третьего поколения: сверхвысокая эффективность конверсии при низких ценах». Прогресс в фотоэлектрической форме: исследования и приложения . 9 (2): 123–135. doi : 10.1002/pip.360 .

[MartíLuque2003-4] Марти, А.; Луке А. (1 сентября 2003 г.). Фотоэлектрическая картина следующего поколения: высокая эффективность за счет полного использования спектра . CRC Press. ISBN 978-1-4200-3386-1 .

[5] Conibeer, G. (2007). «Фотоэлектрическая фотоисконь третьего поколения» . Материалы сегодня . 10 (11): 42–50. doi : 10.1016/s1369-7021 (07) 70278-x .

[6] «Новый стабильный и потери затрат тип перовскита солнечный элемент» . Phys.org . 17 июля 2014 года . Получено 4 августа 2015 года .

[7] «Распылительное отложение направляет солнечные элементы перовскита к коммерциализации» . Chemistryworld . 29 июля 2014 года . Получено 4 августа 2015 года .

[8] «Перовските солнечные элементы» . Оссила . Получено 4 августа 2015 года .

[9] Дэвид Билло, «Новый набор эффективности солнечной ячейки» , Scientific American , 27 августа 2009 г.

[10] «Солнечные батареи достигают нового мирового рекорда с эффективностью 44,7 процента» . Получено 26 сентября 2013 года .

[11] Грин, Мартин (2006). Фотоэколтаики третьего поколения . Нью -Йорк: Спрингер. п. 66

[12] Луке, Антонио; Марти, Антонио (1997). «Повышение эффективности идеальных солнечных элементов с помощью фотонов индуцировало переходы на промежуточных уровнях» . Письма о физическом обзоре . 78 (26): 5014–5017. doi : 10.1103/physrevlett.78.5014 .

[13] Weiming Wang; Альберт С. Лин; Джейми Д. Филлипс (2009). «Промежуточная полоса фотоэлектрическая солнечная батарея на основе ZNTE: O». Приложение Физический Летал 95 (1): 011103. Bibcode : 2009apphl..95a1103W . doi : 10.1063/1.3166863 .

[14] Грин, Мартин (2003). Фотоэволтаика третьего поколения: передовая конверсия солнечной энергии . Springer Science+Business Media . ISBN 978-3-540-40137-7 .

[15] Школа фотоэлектрической инженерии UNSW. «Фотоэлектрическая фотоискость третьего поколения» . Получено 20 июня 2008 года .

[16] Sol3g обеспечивает солнечные элементы с тройным соединением от Azur Space

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]