出典：solarindustrymag.com
米国エネルギー省の研究者国立再生可能エネルギー研究所（NREL）は、1-太陽のグローバルイルミネーションの下で記録的な39.5％の効率の太陽電池を作成しました。 これは、標準の1-太陽条件を使用して測定された、あらゆるタイプの最高効率の太陽電池です。
「新しいセルはより効率的で、よりシンプルな設計であり、高度に面積が制限されたアプリケーションや低放射空間アプリケーションなど、さまざまな新しいアプリケーションに役立つ可能性があります」と、NRELの高効率の上級科学者であるマイルズシュタイナーは述べています。結晶性太陽光発電（PV）グループおよびプロジェクトの主任研究員。 彼はNRELの同僚であるライアンフランス、ジョンガイス、タオソング、ウォルドオラバリア、ミシェルヤング、アランキブラーと一緒に仕事をしました。
開発の詳細は、ジャーナルJouleの5月号に掲載された論文「39.5％の地上および34.2％の空間効率を備えた厚い量子井戸超格子によって可能になったトリプルジャンクション太陽電池」に概説されています。
NRELの科学者たちは、これまで2020年に、III-V材料を使用した39.2％の効率の6接合太陽電池で記録を樹立しました。
最新の太陽電池のいくつかは、NRELで発明された逆変成多接合（IMM）アーキテクチャに基づいています。 この新しく強化されたトリプルジャンクションIMM太陽電池は、現在、ベストリサーチ-セル効率チャートに追加されています。 実験用太陽電池の成功を示すグラフには、日本のシャープが2013年に確立した37.9％の以前の3接合IMMレコードが含まれています。
効率の改善は、太陽電池の特性を変更するために多くの非常に薄い層を利用する「量子井戸」太陽電池の研究に続きました。 科学者たちは、前例のない性能を備えた量子井戸太陽電池を開発し、バンドギャップの異なる3つの接合部を備えたデバイスに実装しました。各接合部は、太陽光スペクトルの異なるスライスをキャプチャして利用するように調整されています。
III-V材料は、周期表のどこにあるかという理由でそのように名付けられており、太陽スペクトルのさまざまな部分をターゲットにすることを可能にする幅広いエネルギーバンドギャップにまたがっています。 上部の接合部は、ガリウムインジウムホスファイド（GaInP）、量子井戸を備えたガリウムヒ素（GaAs）の中央、および格子不整合のガリウムインジウムヒ素（GaInAs）の下部で構成されています。 各材料は、何十年にもわたる研究を通じて高度に最適化されています。
「重要な要素は、GaAsは優れた材料であり、III-V多接合セルで一般的に使用されていますが、3接合セルのバンドギャップが正しくないため、3つのセル間の光電流のバランスが最適ではないことです。 」とコメントしているフランス、上級科学者および細胞設計者。 「ここでは、量子井戸を使用して優れた材料品質を維持しながらバンドギャップを変更しました。これにより、このデバイスや潜在的に他のアプリケーションが可能になります。」
科学者たちは、中間層の量子井戸を使用して、GaAsセルのバンドギャップを拡大し、セルが吸収できる光の量を増やしました。 重要なことに、彼らは大きな電圧損失のない光学的に厚い量子井戸デバイスを開発しました。 彼らはまた、成長プロセス中にGaInPトップセルをアニーリングしてその性能を向上させる方法と、別の出版物で説明されている格子不整合GaInAsの貫通転位密度を最小化する方法を学びました。 全体として、これらの3つの材料は新しいセルの設計に情報を提供します。
III-Vセルは高効率で知られていますが、製造プロセスは伝統的に高価でした。 これまで、III-Vセルは、宇宙衛星、無人航空機、その他のニッチなアプリケーションなどのアプリケーションに電力を供給するために使用されてきました。 NRELの研究者は、III-Vセルの製造コストを大幅に削減し、代替セル設計を提供することに取り組んでいます。これにより、これらのセルはさまざまな新しいアプリケーションで経済的になります。
新しいIII-Vセルは、宇宙アプリケーション、特に太陽電池を動力源とし、高いセル効率が重要であり、最初は34.2％であった通信衛星で、どれほど効率的かについてもテストされました。寿命測定。 セルの現在の設計は、低放射線環境に適しており、セル構造をさらに発展させることにより、高放射線アプリケーションが可能になる可能性があります。
NRELは、再生可能エネルギーとエネルギー効率の研究開発のための米国エネルギー省の主要な国立研究所です。 NRELは、Alliance for SustainableEnergyLLCによってエネルギー省のために運営されています。
