Deutsche Wissenschaftler haben eine Solarzelle mit mehreren Quantenquellen entwickelt, um einen höheren Photostrom zu ermöglichen. Das Gerät mit einem Wirkungsgrad von 3,4 % könnte für Glasfassaden in Gebäuden und Fenstern, Solardächer in Fahrzeugen und Gewächshäuser für Agrivoltaik-Anwendungen eingesetzt werden.
Forscher der Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt (DLR) haben eine semitransparente Solarzelle basierend auf einem ultradünnen hydrierten amorphen Vielfachen hergestellt Quantentöpfe (MQWs) aus Silizium und Germanium (Si/Ge).
„Unsere neue halbtransparente Solarzellentechnologie kann verschiedene Integrationsmöglichkeiten in diversen Anwendungen bieten, wie etwa Glasfassaden in Gebäuden und Fenstern, Solardächer in Fahrzeugen und Gewächshäuser für Agrovoltaik-Anwendungen“, sagte Forscher Hosni Meddeb. PV Magazin. „Die benutzerdefinierten Designfunktionen können eine Mehrzweckverwendung ermöglichen die über die Gewinnung von Solarenergie hinausgehen, wie Ästhetik, visueller Komfort und Wärmemanagement.“
Quantentöpfe sind dünne Nanostrukturen, die in die Zellschichten eingebracht werden, um die Bandlücke und andere Eigenschaften zu verändern. Frühere PV-Forschung verwendete diese Nanostrukturen als einzelne Quantentöpfe (SQWs), und die Neuheit dieser Forschung besteht darin, ihnen eine „mehrfache“ Konfiguration zu geben.
„Dies bietet zusätzliche Freiheit sowohl für das optische Design als auch für das Bandgap-Engineering“, sagten die Wissenschaftler und stellten fest, dass die MQWs Vorteile sowohl für die photovoltaische Leistung als auch für die Transparenz bieten.
Sie bauten mehrere Solarzellen mit MQWs oder SQWs und verglichen ihre Leistung unter Standardlichtbedingungen, um das Ausmaß der Vorteile der ersteren zu beurteilen. Sie lagerten Vorder- und Rückelektroden über die DC-Magnetron-Sputtertechnik ab und stellten die funktionellen Halbleiterschichten durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) bei 13,56 MHz bei niedriger Temperatur her. Außerdem glühten sie die Zellen 30 Minuten lang bei 100 °C.
Die Wissenschaftler sagten, dass eine Zelle, die mit sechs 2,5-Nanometer-MQWs gebaut wurde, ein Gerät mit einem 20-Nanometer-SQW in Bezug auf Leerlaufspannung und Füllfaktor übertraf. Die Champion-Zelle erreichte eine Energieumwandlungseffizienz von 3,4 % und einen durchschnittlichen sichtbaren Transmissionsgrad von etwa 33 %.
„Es wird eine entsprechende Lichtnutzungseffizienz von mehr als 1,1 % erreicht, was als eine der höchsten unter den anorganischen halbtransparenten Solarzellentechnologien angesehen werden kann“, erklärten sie.
Die Forschungsgruppe beschrieb die Zelltechnologie in „Neue halbtransparente Solarzelle basierend auf ultradünnen Si/Ge-Mehrfach-Quantentöpfen“, die kürzlich in erschienen ist Fortschritte bei Photovoltaikzellen. Es ist derzeit versucht, eine technisch-ökonomische und ökologische Bewertung für die Anwendung seiner neuen halbtransparenten Solarzellentechnologie in der gebäudeintegrierten PV zu erstellen. Weitere nichttechnische Betrachtungen und detaillierte Kostenschätzungen werden in Zukunft erwartet.
„Unser vorgeschlagenes Ultradünnschicht-PV-Konzept kann vielversprechende technologische Vorteile in Bezug auf geringen Materialverbrauch, schnelle Herstellung und Kostensenkung bieten“, erklärt Meddeb. „Zusammen mit dem kostengünstiges und industrietaugliches Herstellungsverfahren, Großangelegte Modularisierung ist vergleichbar mit ausgereiften Dünnschicht-PV-Technologien. Dies wäre die Technologietransfer auf Produktions- und Kommerzialisierungsebene.“
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