Sumber: solarindustrymag.com
Para peneliti di Departemen Energi ASLaboratorium Energi Terbarukan Nasional(NREL) telah menciptakan sel surya dengan rekor efisiensi 39,5 persen di bawah 1-iluminasi global matahari. Ini adalah sel surya dengan efisiensi tertinggi dari jenis apa pun, diukur menggunakan kondisi matahari 1-standar.
"Sel baru ini lebih efisien dan memiliki desain yang lebih sederhana yang mungkin berguna untuk berbagai aplikasi baru, seperti aplikasi dengan area terbatas atau aplikasi ruang dengan radiasi rendah," kata Myles Steiner, ilmuwan senior di NREL's High-Efficiency Crystalline Photovoltaics (PV) Group dan peneliti utama pada proyek tersebut. Dia bekerja bersama rekan NREL Ryan France, John Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle Young dan Alan Kibbler.
Rincian pengembangan diuraikan dalam makalah "Sel surya persimpangan tiga dengan efisiensi ruang 39,5 persen terestrial dan 34,2 persen yang dimungkinkan oleh superlattice sumur kuantum tebal," yang muncul di jurnal Joule edisi Mei.
Ilmuwan NREL sebelumnya membuat rekor pada tahun 2020 dengan sel surya enam persimpangan yang efisien 39,2 persen menggunakan bahan III-V.
Beberapa sel surya terbaik baru-baru ini didasarkan pada arsitektur multijungsi metamorf terbalik (IMM) yang ditemukan di NREL. Sel surya IMM triple-junction yang baru ditingkatkan ini sekarang telah ditambahkan ke Bagan Efisiensi Sel Penelitian Terbaik. Grafik, yang menunjukkan keberhasilan sel surya eksperimental, mencakup rekor IMM tiga persimpangan sebelumnya sebesar 37,9 persen yang dibuat pada tahun 2013 oleh Sharp Corporation of Japan.
Peningkatan efisiensi mengikuti penelitian sel surya "sumur kuantum", yang memanfaatkan banyak lapisan yang sangat tipis untuk memodifikasi sifat sel surya. Para ilmuwan mengembangkan sel surya sumur kuantum dengan kinerja yang belum pernah terjadi sebelumnya dan mengimplementasikannya ke dalam perangkat dengan tiga sambungan dengan celah pita yang berbeda, di mana setiap sambungan disetel untuk menangkap dan memanfaatkan bagian spektrum matahari yang berbeda.
Bahan III-V, dinamakan demikian karena letaknya pada tabel periodik, mencakup berbagai celah pita energi yang memungkinkan mereka menargetkan bagian spektrum matahari yang berbeda. Persimpangan atas terbuat dari galium indium fosfida (GaInP), bagian tengah galium arsenida (GaAs) dengan sumur kuantum, dan bagian bawah galium indium arsenida (GaInAs) yang tidak cocok dengan kisi-kisi. Setiap materi telah sangat dioptimalkan selama beberapa dekade penelitian.
Elemen kuncinya adalah bahwa meskipun GaAs adalah bahan yang sangat baik dan umumnya digunakan dalam sel multijungsi III-V, ia tidak memiliki celah pita yang cukup tepat untuk sel tiga sambungan, yang berarti bahwa keseimbangan arus foto antara ketiga sel tidak optimal. ," komentar France, ilmuwan senior dan perancang sel. "Di sini, kami telah memodifikasi celah pita sambil mempertahankan kualitas material yang sangat baik dengan menggunakan sumur kuantum, yang memungkinkan perangkat ini dan kemungkinan aplikasi lain."
Para ilmuwan menggunakan sumur kuantum di lapisan tengah untuk memperpanjang celah pita sel GaAs dan meningkatkan jumlah cahaya yang dapat diserap sel. Yang penting, mereka mengembangkan perangkat sumur kuantum yang tebal secara optik tanpa kehilangan tegangan yang besar. Mereka juga belajar bagaimana menganil sel teratas GaInP selama proses pertumbuhan untuk meningkatkan kinerjanya dan bagaimana meminimalkan kepadatan dislokasi ulir dalam GaInA yang tidak cocok dengan kisi, yang dibahas dalam publikasi terpisah. Secara keseluruhan, ketiga bahan ini menginformasikan desain sel baru.
Sel III-V dikenal karena efisiensinya yang tinggi, tetapi proses pembuatannya secara tradisional mahal. Sejauh ini, sel III-V telah digunakan untuk memberi daya pada aplikasi seperti satelit luar angkasa, kendaraan udara tak berawak, dan aplikasi khusus lainnya. Para peneliti di NREL telah bekerja untuk secara drastis mengurangi biaya pembuatan sel III-V dan menyediakan desain sel alternatif, yang akan membuat sel-sel ini ekonomis untuk berbagai aplikasi baru.
Sel III-V yang baru juga diuji seberapa efisiennya dalam aplikasi luar angkasa, terutama untuk satelit komunikasi, yang ditenagai oleh sel surya dan untuk itu efisiensi sel yang tinggi sangat penting dan mencapai 34,2 persen untuk permulaan. pengukuran hidup. Desain sel saat ini cocok untuk lingkungan dengan radiasi rendah, dan aplikasi dengan radiasi lebih tinggi dapat diaktifkan dengan pengembangan lebih lanjut dari struktur sel.
NREL adalah laboratorium nasional utama Departemen Energi AS untuk penelitian dan pengembangan energi terbarukan dan efisiensi energi. NREL dioperasikan untuk Departemen Energi oleh Alliance for Sustainable Energy LLC.
