Ученые достигли нового рекорда эффективности солнечных элементов из арсенида галлия. Солнечные батареи арсенид галлияСолнечные батареи на арсениде галлия бьют рекорды эффективностиПрошлым летом американская компания Alta Devices анонсировала индивидуальные фотоэлектрические элементы, обладающие рекордной эффективностью (27,6% ) конверсии солнечной энергии в электричество. Теперь тот же производитель сообщил о рекорде для солнечной батареи «в сборе»: 23,5%. Достижение подтверждено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (подразделение Минэнерго США). Естественно, заявления о рекордных цифрах относятся к коммерчески доступным продуктам.
Alta Devices производит батареи на основе галлий-арсенидных фотогальванических ячеек. Это куда более эффективный конверсионный материал, чем обычно использующийся не столь дорогой кремний (который в действительности весьма дорог, ведь смотря что с чем сравнивать: в каких-то случаях и кремний копеечным покажется). Для поддержания максимально низкой цены компания использует очень малое количество арсенида галлия, фабрикуя ультратонкие слои толщиной в один микрон. Конечно, достижение впечатляет. Но, к сожалению, уже не раз можно было наблюдать, как чьи-то рекорды оборачивались полным забвением, так и не оказав никакого воздействия на рынок солнечной энергии. Тем не менее любой успех на пути повышения эффективности солнечных батарей является важным шагом к достижению солнечной энергетикой статуса настоящего конкурента ископаемым источникам. Впрочем, для пущего вдохновения Министерство энергетики уже сегодня ставит перед компаниями, которым оно оказывает финансовую поддержку, следующую задачу: к концу текущей декады довести цену солнечной энергии до 6 центов за киловатт-час. Это необходимо для того, чтобы наглядно продемонстрировать потребителю реальную выгодность установки дорогущей батареи. И выполнение этой задачи, при всём уважении к несомненным успехам Alta Devices, невозможно без качественных изменений в солнечной технологии, начиная с применения различных нано- и фотонных материалов и заканчивая солнечно-термальными технологиями. Квинтэссенцией своих усилий Минэнерго видит завоевание солнечной энергетикой рыночной доли в 15–18% к 2030 году. Сегодня этот показатель сильно недотягивает даже до 1%. www.nanonewsnet.ru Конструкции солнечных элементов. Материалы солнечных элементов.Производство структур на основе монокристаллического кремния – процесс технологически сложный и дорогостоящий. Поэтому внимание было обращено на такие материалы, как сплавы на основе аморфного кремния a-Si:H, арсенид галлия и поликристаллические полупроводники. Аморфный кремний выступил в качестве более дешевой альтернативы монокристаллическому. Первые СЭ на его основе были созданы в 1975 году. Оптическое поглощение аморфного кремния в 20 раз выше, чем кристаллического. Поэтому для существенного поглощения видимого света достаточно пленки а-Si:Н толщиной 0,5–1,0 мкм вместо дорогостоящих кремниевых 300-мкм подложек. Кроме того, благодаря существующим технологиям получения тонких пленок аморфного кремния большой площади не требуется операции резки, шлифовки и полировки, необходимых для СЭ на основе монокристаллического кремния. По сравнению с поликристаллическими кремниевыми элементами изделия на основе a-Si:Н производят при более низких температурах (300°С): можно использовать дешевые стеклянные подложки, что сократит расход кремния в 20 раз.Пока максимальный КПД экспериментальных элементов на основе а-Si:Н – 12% – несколько ниже КПД кристаллических кремниевых СЭ (~15%). Однако не исключено, что с развитием технологии КПД элементов на основе а-Si:Н достигнет теоретического потолка – 16 %.Арсенид галлия – один из наиболее перспективных материалов для создания высокоэффективных солнечных батарей. Это объясняется следующими его особенностями:- почти идеальная для однопереходных солнечных элементов ширина запрещенной зоны 1,43 эВ;- повышенная способность к поглощению солнечного излучения: требуется слой толщиной всего в несколько микрон;- высокая радиационная стойкость, что совместно с высокой эффективностью делает этот материал чрезвычайно привлекательным для использования в космических аппаратах;- относительная нечувствительность к нагреву батарей на основе GaAs;-характеристики сплавов GaAs с алюминием, мышьяком, фосфором или индием дополняют характеристики GaAs, что расширяет возможности при проектировании солнечных элементов.Главное достоинство арсенида галлия и сплавов на его основе – широкий диапазон возможностей для дизайна СЭ. Фотоэлемент на основе GaAs может состоять из нескольких слоев различного состава. Это позволяет разработчику с большой точностью управлять генерацией носителей заряда, что в кремниевых солнечных элементах ограничено допустимым уровнем легирования. Типичный солнечный элемент на основе GaAs состоит из очень тонкого слоя AlGaAs в качестве окна. Основной недостаток арсенида галлия – высокая стоимость. Для удешевления производства предлагается формировать СЭ на более дешевых подложках; выращивать слои GaAs на удаляемых подложках или подложках многократного использования.Поликристаллические тонкие пленки также весьма перспективны для солнечной энергетики. Чрезвычайно высока способность к поглощению солнечного излучения у диселенида меди и индия (CuInSe2) – 99 % света поглощается в первом микроне этого материПластины на основе полупроводника арсенида галлия Арсенид галлия - это полупроводниковое соединение галлия и мышьяка, третье по масштабам использования в полупроводниковой промышленности, после германия и кремния. Несмотря на то, что арсенид галлия обладает рядом преимуществ по сравнению с кремнием, до сих пор он применяется весьма ограниченно в ряде специальных устройств, где без него нельзя обойтись. Например, из этого соединения изготавливают солнечные элементы Международной космической станции (МКС), которые в два раза более эффективны по сравнению с лучшими кремниевыми аналогами, и способны, к тому же, на длительную работу в условиях ионизирующего излучения в космосе.Основным ограничением к массовому использованию арсенида галлия является его стоимость, которая во многом определяется существующими технологиями его обработки. Авторы публикации, группа ученых под руководством Джона Роджерса (John Rogers) из Иллинойского университета в Урбане-Шампейн, США, разработали технологию, позволяющую обойти наиболее дорогостоящую стадию изготовления арсенида галлия. Дело в том, что обычно этот полупроводник выпускается в виде толстых пластин, которые нарезаются на фрагменты в соответствии с дальнейшими производственными нуждами, тогда как для применения в солнечных батареях достаточно даже очень тонкого полупроводника. Таким образом, большая часть материала, образующего толстые полупроводниковые пластины, просто не работает. Для того, чтобы изготовить тонкие пластины, ученые предложили простую и дешевую технологию. Согласно методике Роджерса, арсенид галлия можно изготавливать в виде тонких пленок, наращиваемых на поверхности арсенида алюминия, после чего, с помощью тонких химических манипуляций и обычного силиконового канцелярского штемпеля, полупроводник можно от этой подложки "отодрать". В своей работе ученые показали, что таким образом легко получать тонкие пластины арсенида галлия размером 0,5х0,5 миллиметра, которые легко переносятся на другие поверхности - стекло или полимеры, где с помощью уже освоенных химических технологий можно замкнуть их в электрические цепи. Авторы исследования продемонстрировали применимость подобных пластин арсенида галлия для изготовления солнечных батарей. Для того, чтобы эта технология стала коммерчески оправданной, ученым предстоит научиться получать пластины больших размеров. Исследователи, уже основавшие свою инновационную компанию, надеются добиться разработки солнечных батарей, стоимость которых позволит "снимать" с них 1 Ватт мощности при коммерчески оправданных затратах в 1 доллар США. "Мы думаем, что у нас получится, однако сказать наверняка можно будет только после того, как мы действительно возьмем и сделаем это", - сказал Роджерс в интервью Nature News. www.sunhome.ru Разработан новый метод производства дешевых солнечных батарейНовый дешевый метод изготовления пластин на основе арсенида галлия – полупроводника, превосходящего традиционный кремний по многим параметрам, разработали ученые, сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature. В публикации исследователи поясняют, что метод может быть использован для создания нового поколения многих устройств, в том числе и коммерчески оправданного производства солнечных батарей с высокой эффективностью. Арсенид галлия – это полупроводниковое соединение галлия и мышьяка, третье по масштабам использования в полупроводниковой промышленности, после германия и кремния. Несмотря на то, что арсенид галлия обладает рядом преимуществ по сравнению с кремнием, до сих пор он применяется весьма ограниченно в ряде специальных устройств, где без него нельзя обойтись. Например, из этого соединения изготавливают солнечные элементы Международной космической станции (МКС), которые в два раза более эффективны по сравнению с лучшими кремниевыми аналогами, и способны, к тому же, на длительную работу в условиях ионизирующего излучения в космосе. Основным ограничением к массовому использованию арсенида галлия является его стоимость, которая во многом определяется существующими технологиями его обработки. Авторы публикации, группа ученых под руководством Джона Роджерса (John Rogers) из Иллинойского университета в Урбане-Шампейн, США, разработали технологию, позволяющую обойти наиболее дорогостоящую стадию изготовления арсенида галлия.
Дело в том, что обычно этот полупроводник выпускается в виде толстых пластин, которые нарезаются на фрагменты в соответствии с дальнейшими производственными нуждами, тогда как для применения в солнечных батареях достаточно даже очень тонкого полупроводника. Таким образом, большая часть материала, образующего толстые полупроводниковые пластины, просто не работает. Для того, чтобы изготовить тонкие пластины, ученые предложили простую и дешевую технологию. Согласно методике Роджерса, арсенид галлия можно изготавливать в виде тонких пленок, наращиваемых на поверхности арсенида алюминия, после чего, с помощью тонких химических манипуляций и обычного силиконового канцелярского штемпеля, полупроводник можно от этой подложки «отодрать».
В своей работе ученые показали, что таким образом легко получать тонкие пластины арсенида галлия размером 0,5х0,5 миллиметра, которые легко переносятся на другие поверхности – стекло или полимеры, где с помощью уже освоенных химических технологий можно замкнуть их в электрические цепи. Авторы исследования продемонстрировали применимость подобных пластин арсенида галлия для изготовления солнечных батарей. Для того, чтобы эта технология стала коммерчески оправданной, ученым предстоит научиться получать пластины больших размеров. Исследователи, уже основавшие свою инновационную компанию, надеются добиться разработки солнечных батарей, стоимость которых позволит «снимать» с них 1 Ватт мощности при коммерчески оправданных затратах в 1 доллар США. Мы думаем, что у нас получится, однако сказать наверняка можно будет только после того, как мы действительно возьмем и сделаем это, – сказал Роджерс в интервью Nature News.
www.nanonewsnet.ru Солнечные батареи на арсениде галлия бьют рекорды эффективностиПрошлым летом американская компания Alta Devices анонсировала индивидуальные фотоэлектрические элементы, обладающие рекордной эффективностью (27,6% ) конверсии солнечной энергии в электричество. Теперь тот же производитель сообщил о рекорде для солнечной батареи «в сборе»: 23,5%.
Достижение подтверждено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (подразделение Минэнерго США). Естественно, заявления о рекордных цифрах относятся к коммерчески доступным продуктам. Alta Devices производит батареи на основе галлий-арсенидных фотогальванических ячеек. Это куда более эффективный конверсионный материал, чем обычно использующийся не столь дорогой кремний (который в действительности весьма дорог, ведь смотря что с чем сравнивать: в каких-то случаях и кремний копеечным покажется). Для поддержания максимально низкой цены компания использует очень малое количество арсенида галлия, фабрикуя ультратонкие слои толщиной в один микрон. Конечно, достижение впечатляет. Но, к сожалению, уже не раз можно было наблюдать, как чьи-то рекорды оборачивались полным забвением, так и не оказав никакого воздействия на рынок солнечной энергии. Тем не менее любой успех на пути повышения эффективности солнечных батарей является важным шагом к достижению солнечной энергетикой статуса настоящего конкурента ископаемым источникам. Впрочем, для пущего вдохновения Министерство энергетики уже сегодня ставит перед компаниями, которым оно оказывает финансовую поддержку, следующую задачу: к концу текущей декады довести цену солнечной энергии до 6 центов за киловатт-час. Это необходимо для того, чтобы наглядно продемонстрировать потребителю реальную выгодность установки дорогущей батареи. И выполнение этой задачи, при всём уважении к несомненным успехам Alta Devices, невозможно без качественных изменений в солнечной технологии, начиная с применения различных нано- и фотонных материалов и заканчивая солнечно-термальными технологиями. Квинтэссенцией своих усилий Минэнерго видит завоевание солнечной энергетикой рыночной доли в 15-18% к 2030 году. Сегодня этот показатель сильно недотягивает даже до 1%. ust.su Достигнут новый рекорд эффективности солнечных элементов Небольшой массив – размерами 9 на 12 – из солнечных элементов на основе арсенида галлия может генерировать электроэнергию, достаточную для работы небольших светодиодов и других устройств. Но благодаря модификации поверхности, элементы могут быть соединены в большие массивы для питания масштабных объектов – жилых домов, спутников или даже космических аппаратов. Однако, исследователи заявляют, что 14 процентов эффективности преобразования солнечных элементов с новым покрытием – это не предел. Теоретический максимум составляет 33 процента, и им есть еще к чему стремиться. По мнению ученых, оксид цинка как материал замечателен тем, что он не токсичен и его легко синтезировать. Также исследователи утверждают, что покрытие из оксида цинка позволит значительно – до 63 процентов – увеличить эффективность солнечных элементов, изготовленных из индий-арсенида с квантовыми точками из арсенида галлия, что делает их идеальными для дальнейшего развития солнечных батарей. Параллельно ученые из Арканзаского университета работают над увеличением функциональности полупроводников, в частности, арсенида галлия, созданием наноструктурных антибликовых покрытий и самоочищающихся поверхностей для солнечных батарей. Конечной целью ученых является создание и тестирование фотоэлектрических устройств с наибольшей эффективностью преобразования солнечной энергии. Источник __________________________________________________________ Читайте также: www.ekopower.ru Солнечные батареи на арсениде галлия бьют рекорды эффективностиРазместить публикацию Мои публикации Написать 9 февраля 2012 в 12:00Место для Вашей рекламы. Около 30 000 просмотров в месяц! О Вашем предложении узнают! Акция! 3000р./мес! 8(908)910-21-20 Прошлым летом американская компания Alta Devices анонсировала индивидуальные фотоэлектрические элементы, обладающие рекордной эффективностью (27,6% ) конверсии солнечной энергии в электричество. Теперь тот же производитель сообщил о рекорде для солнечной батареи «в сборе»: 23,5%. Достижение подтверждено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (подразделение Минэнерго США). Естественно, заявления о рекордных цифрах относятся к коммерчески доступным продуктам.
Alta Devices производит батареи на основе галлий-арсенидных фотогальванических ячеек. Это куда более эффективный конверсионный материал, чем обычно использующийся не столь дорогой кремний (который в действительности весьма дорог, ведь смотря что с чем сравнивать: в каких-то случаях и кремний копеечным покажется). Для поддержания максимально низкой цены компания использует очень малое количество арсенида галлия, фабрикуя ультратонкие слои толщиной в один микрон. Конечно, достижение впечатляет. Но, к сожалению, уже не раз можно было наблюдать, как чьи-то рекорды оборачивались полным забвением, так и не оказав никакого воздействия на рынок солнечной энергии. Тем не менее любой успех на пути повышения эффективности солнечных батарей является важным шагом к достижению солнечной энергетикой статуса настоящего конкурента ископаемым источникам. Впрочем, для пущего вдохновения Министерство энергетики уже сегодня ставит перед компаниями, которым оно оказывает финансовую поддержку, следующую задачу: к концу текущей декады довести цену солнечной энергии до 6 центов за киловатт-час. Это необходимо для того, чтобы наглядно продемонстрировать потребителю реальную выгодность установки дорогущей батареи. И выполнение этой задачи, при всём уважении к несомненным успехам Alta Devices, невозможно без качественных изменений в солнечной технологии, начиная с применения различных нано- и фотонных материалов и заканчивая солнечно-термальными технологиями. Квинтэссенцией своих усилий Минэнерго видит завоевание солнечной энергетикой рыночной доли в 15–18% к 2030 году. Сегодня этот показатель сильно недотягивает даже до 1%. 24 августа в 12:34 38 22 августа в 18:34 166 20 августа в 14:36 122 20 августа в 13:44 131 20 августа в 13:00 73 17 августа в 13:53 132 16 августа в 15:27 207 16 августа в 14:21 130 15 августа в 14:03 125 14 августа в 11:24 135 12 июля 2011 в 08:56 6114 14 ноября 2012 в 10:00 4980 27 февраля 2013 в 10:00 2883 21 июля 2011 в 10:00 2880 29 февраля 2012 в 10:00 2631 16 августа 2012 в 16:00 2201 24 мая 2017 в 10:00 2175 28 ноября 2011 в 10:00 2048 31 января 2012 в 10:00 1833 31 августа 2012 в 10:00 1430 energoboard.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Рис. 1. Галлий-арсенидная солнечная батарея в сборе (фото TGI Solar Power Group).
Схематическое и реальные изображения квадратных арсенид-галлиевых солнечных элементов с длиной стороны в 500 мкм, изготовленных на полиэтилентерефталатовой (ПЭТ) подложке (здесь и далее иллюстрации из журнала Nature)
Схема слоистой структуры, её изображение после частичного удаления слоёв арсенида алюминия и фотография полученных авторами миниатюрных солнечных элементов
Полевые транзисторы на стеклянной подложке, покрытой полиимидом (ПИ). И — исток, З — затвор, С — сток
Фотодетектор ближнего ИК-диапазона на кремниевой пластине, покрытой фотоотвердеваемым полиуретаном (ПУ), и пример формируемого изображения. Внизу — схема эксперимента
Исследователи из университета Арканзаса недавно объявили о достижении нового рекорда в эффективности солнечного элемента размерами 9 х 9 мм, изготовленного из арсенида галлия. После нанесения на поверхность элемента тонкого слоя оксида цинка они зафиксировали КПД преобразования на уровне 14 процентов.
Полупроводник арсенид галлия является сегодня перспективной альтернативой кремнию для изготовления не только солнечных батарей, но и производства интегральных схем и светодиодов. Модификация поверхности, достигнутая посредством химического синтеза тонких пленок, наноструктур и наночастиц оксида цинка, позволила уменьшить процент отражения солнечного света – и элемент теперь может поглощать больше фотонов для преобразования их в электричество.
