Το γερμανικό Ινστιτούτο Fraunhofer (Fraunhofer ISE) και το ολλανδικό ερευνητικό ινστιτούτο AMOLF ανακοίνωσαν ότι πέτυχαν παγκόσμιο ρεκόρ απόδοσης μετατροπής ισχύος 36,1% για ένα ηλιακό κύτταρο πολλαπλών συνδέσεων που βασίζεται σε πυρίτιο και ημιαγωγούς III-V.
Η συσκευή χρησιμοποιεί μια ειδικά σχεδιασμένη νανοεπικάλυψη μετάλλου/πολυμερούς που φέρεται να βελτιστοποιεί την κατανομή της σκέδασης φωτός πέρα από την συνολική εσωτερική κρίσιμη γωνία ανάκλασης στο στοιχείο.
«Η ομάδα Fraunhofer είναι παγκοσμίως γνωστή για την κατασκευή ηλιακών κυψελών εξαιρετικά υψηλής απόδοσης που βασίζονται σε πυρίτιο και ημιαγωγούς III-V, όπως το GaInP ή το GaAs», ανέφερε σε δήλωση της η Fraunhofer ISE.
«Η ομάδα της AMOLF έχει αποκτήσει πολυετή εμπειρία στη βελτιστοποίηση της διαχείρισης του φωτός στα ηλιακά κύτταρα. Σε αυτό το έργο συγκεντρώσαμε αυτή τη γνώση, με αυτό το μοναδικό αποτέλεσμα. Τα ηλιακά κύτταρα έχουν ταξιδέψει μεταξύ Φράιμπουργκ και Άμστερνταμ για τα διαφορετικά στάδια επεξεργασίας, δημιουργώντας με αυτόν τον τρόπο το πλήρες ηλιακό στοιχείο.»
Η τεχνολογία
Η κυψέλη βασίζεται σε μια τεχνολογία TOPCon που αναπτύχθηκε από το Fraunhofer ISE και σε μια ειδικά σχεδιασμένη νανοεπικάλυψη μετάλλου/πολυμερούς που παρέχεται από την AMOLF. Το τελευταίο τοποθετείται στον πυθμένα της υποκυψέλης πυριτίου και φέρεται να είναι υπεύθυνο για τη βελτιστοποίηση της κατανομής της σκέδασης φωτός πέρα από την συνολική εσωτερική κρίσιμη γωνία ανάκλασης στο στοιχείο.
«Συγκεκριμένα, βελτιστοποιούμε τη γεωμετρία μιας εξαγωνικής διάταξης νανοδίσκων αργύρου (Ag) που είναι ενσωματωμένοι στην πίσω επαφή Ag και δείχνουμε πώς το βήμα, η ακτίνα και το ύψος των μεμονωμένων σκίαστρων ελέγχουν την κατανομή ισχύος σε διαφορετικές τάξεις περίθλασης , ενώ ταυτόχρονα ελαχιστοποιούνται οι απώλειες πλασμονικής διάχυσης στο εύρος μήκους κύματος ενδιαφέροντος», εξήγησαν οι επιστήμονες.
Λιθογραφία
Χρησιμοποίησαν επίσης σύμμορφη λιθογραφία αποτύπωσης υποστρώματος (SCIL), μια καινοτόμο τεχνολογία νανοαποτύπωσης σε κλίμακα πλήρους πλακέτας, για να κατασκευάσουν τους οπισθοανακλαστήρες με νανομοτίβο μετασυγκόλλησης.
Έπειτα συνέδεσαν τα πάνω και τα κάτω κελιά με άμεση σύνδεση γκοφρέτας σε θερμοκρασία δωματίου. Το ηλιακό στοιχείο που προκύπτει έχει μέγεθος 2 cm x 2 cm και περιλαμβάνει μπροστινές επαφές, αντιανακλαστική επίστρωση (ARC) και στρώμα Ag πάχους 1 μm στην πίσω πλευρά που λειτουργεί ως ηλεκτρική επαφή και επίπεδο κάτοπτρο. «Μετά από νανοαποτύπωμα και χάραξη, τα κύτταρα στάλθηκαν ξανά στο Fraunhofer ISE για μια τελική εμβάπτιση HF ακολουθούμενη από επιμετάλλωση», εξήγησαν.
Μέσω πολλών αριθμητικών και πειραματικών αξιολογήσεων, η ολλανδο-γερμανική ομάδα διαπίστωσε ότι η εξωτερική κβαντική απόδοση (EQE) της συσκευής πολλαπλών συνδέσεων σε έναν επίπεδο οπίσθιο ανακλαστήρα βελτιώθηκε κατά πάνω από 1,52 mA/cm 2.
«Συνολικά, η εργασία μας καταδεικνύει τη δυνατότητα παγίδευσης νανοφωτονικού φωτός για την ενίσχυση της απόδοσης των ηλιακών κυψελών πολλαπλών συνδέσεων με βάση το πυρίτιο, ανοίγοντας το δρόμο για πιο αποτελεσματικές και βιώσιμες τεχνολογίες ηλιακής ενέργειας», ανέφερε.
