Исследователи из немецкого Института солнечных энергетических систем (Fraunhofer ISE) достигли рекордной эффективности преобразования 68,9% для полупроводникового фотоэлемента III-V на основе арсенида галлия, подвергнутого воздействию лазерного излучения с длиной волны 858 нанометров.
Это самая высокая эффективность преобразования света в электричество, достигнутая на сегодняшний день.
Секрет успеха
Этот успех стал возможным благодаря специальной тонкопленочной технологии, в которой слои солнечных элементов сначала выращиваются на подложке (плёнке) из арсенида галлия, которая затем удаляется. На заднюю поверхность оставшейся полупроводниковой структуры, которая имеет толщину всего несколько микрометров, наносится проводящее зеркало с высокой отражающей способностью.
Отражатель был оптически оптимизирован за счет комбинации керамики и серебра, а поглотитель ячейки был основан на арсениде галлия, легированном азотом, и арсениде алюминия-галлия p-типа (гетероструктура n-GaAs / p-AlGaAs).
(чем отличаются друг от друга солнечные элементы p-типа и n-типа?)
Энергия лазера доставляется либо через воздух, либо через оптическое волокно в фотоэлектрический элемент, характеристики которого соответствуют мощности и длине волны монохроматического лазерного света. По сравнению с традиционной передачей энергии по медным проводам, системы «power by light» особенно полезны для приложений, которые требуют, например, гальванически изолированного источника питания, защиты от молнии или взрыва, электромагнитной совместимости или полностью беспроводной передачи энергии.
«Это впечатляющий результат, который показывает потенциал фотоэлектрических систем для промышленного применения, помимо производства солнечной энергии», — говорит профессор Андреас Бетт, директор института Fraunhofer ISE.
Оптическая передача энергии имеет множество применений
Например,
- структурный мониторинг ветряных турбин;
- мониторинг высоковольтных линий, топливных датчиков в баках самолетов или пассивных оптических сетей;
- снабжение энергией имплантатов извне;
- или беспроводной источник питания для приложений в Интернете вещей.
Напомню, теоретический максимум эффективности обычных «однопереходных» солнечных элементов (без использования концентраторов) составляет 33% (Shockley–Queisser limit). Столь высокая эффективность, как в данном случае, обеспечивается за счёт использования «многопереходных» (англ. Multi-junction) ячеек.
Подробнее о пределе Шокли-Квиссера можно послушать в 16 выпуске подкаста "Солар-Ньюс"^
США
Следует отметить, что компания Alta Devices уже несколько лет назад выпускала солнечные элементы на основе арсенид-галлия для высотных беспилотников, используемых армией США. КПД преобразования данных элементов достигает 31%.
Солнечные панели для высотных беспилотников (HALE) гибкие и долговечные. На высоте 20 километров от поверхности уровень ультрафиолетового излучения выше, чем в нижних слоях атмосферы, поэтому энергии аппарат получает больше, чем около поверхности земли. В светлое время суток батареи вырабатывают достаточный запас энергии для работы всех систем дрона ночью.
К сожалению, по неопубликованным причинам, в конце 2019 года компания прекратила своё существование и мне кажется, это как-то может быть связано с компанией SolAero, которая сейчас является фаворитом правительства США по производству солнечных элементов для спутников и HALE...
Другие новости на сайте Solar-News.ru
Для развития канала нам важна ваша поддержка, подписывайтесь на канал и ставьте лайки.
Вероятно, вам также понравятся следующие материалы:
- Влияние плавучих солнечных электростанций на состояние водоемов
- Китай отменил субсидирование солнечной и ветровой генерации
- Перерабатываются ли солнечные панели?