Финские ученые разработали солнечный элемент с четырьмя переходами на основе полупроводниковых материалов III-V, который, как говорят, может обеспечить широкий спектральный охват. Ячейка была выращена монолитно на арсениде галлия методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МБЭ).
Группа ученых из Университета Тампере в Финляндии разработала многопереходный солнечный элемент III-V, который, как утверждается, имеет потенциал для достижения эффективности преобразования энергии, близкой к 50%.
Четырехпереходное устройство было построено из трех различных материалов III-V: i фосфид галлия индия (InGaP) для первого перехода ; арсенид галлия (GaAs) для второго элемента; и сульфид галлия-индия-натрия - сурьма ( GaInNAsSb) для двух других переходов.
Эти четыре устройства имеют ширину запрещенной зоны 1,88, 1,42, 1,17 и 0,93 электронвольта (эВ) соответственно, а их комбинация, по словам исследователей, обеспечивает широкий спектральный охват. «Эта структура эффективно покрывает спектральный диапазон 350–1310 нм, в котором внутриполосная эффективность теоретически может достигать более 52% эффективности при освещении 1000 солнечных лучей», - пояснили ученые.
Ширина запрещенной зоны полупроводникового устройства, такого как солнечная батарея, определяет, сколько фотонов от Солнца необходимо для проводимости. Кристаллический кремний (C-Si), например, имеет ширину запрещенной зоны 1,11 эВ, а теллурид кадмия (CdTe), который менее эффективен для выработки энергии, чем C-Si, имеет ширину запрещенной зоны 1,44 эВ.
Ячейка была выращена монолитно на GaAs методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Характеристики многопереходного устройства были измерены с помощью коммерческого симулятора солнечной энергии TriSOL мощностью 7 кВт OAI в стационарном режиме, а измерения внешней квантовой эффективности (EQE) были выполнены с помощью собственной системы. EQE является показателем того, насколько хорошо солнечной ячейки преобразует падающих фотонов определенной длины волны в электричество.
«Солнечный элемент 4J продемонстрировал эффективность 39% при освещении 560 солнечных лучей, демонстрируя хорошие электрические характеристики даже до 1000 солнц с напряжением холостого хода ( V oc ) более 4,1 В», - заявили исследователи.
Для дальнейшего улучшения характеристик солнечного элемента финская группа исследует возможность комбинирования субэлементов алюминия-галлия-индия-фосфида (AlGaInP) с шириной запрещенной зоны более 2 эВ с подложками GaInNAsSb с шириной запрещенной зоны менее 0,8 эВ. .
