Teoretisk verkningsgrad på 63,2 procent, ett genombrott för tredje generationens solceller!

Upprörande! New Intermediate Band Solar Cells (IBSC) kan uppnå en teoretisk verkningsgrad på 63,2 procent, tre gånger högre än vanliga solceller (med verkningsgrader i storleksordningen 20 procent)! En banbrytande upptäckt av ett internationellt forskarlag som kan revolutionera solenergiindustrin! Nätanvändare utbrister: Är IBSCs konceptlager på väg att starta en boom?

Den nya älsklingen av tredje generationens solteknik

Kristallina kiselsolceller representerar den första generationen solceller, inklusive monokristallina, polykristallina och amorfa kiselsolceller. Dessa celler används redan i stor utsträckning i kommersiella och bostadsapplikationer och står för 90 procent av den globala solcellsmarknaden. Deras energiomvandlingseffektivitet är dock bara 15-25 procent och deras produktionskostnader är höga.

Andra generationens tunnfilmssolceller tillverkas på glassubstrat, och även om material- och produktionskostnaderna är lägre är deras energiomvandlingseffektivitet bara 6-10 procent.

Den tredje generationen solceller syftar till att öka energiomvandlingseffektiviteten, minska kostnaderna och underlätta applikationer. De är kända som nya solceller och inkluderar oorganiska och organiska tunnfilmssolceller, färgsensibiliserade och kvantpricksensibiliserade solceller och kalkogenidsolceller. Trots den relativt korta utvecklingstiden för dessa celler har de stor potential för utveckling på grund av deras höga teoretiska energiomvandlingseffektivitet och relativt låga produktionskostnader.

Bland dessa är intermediate band solar cell (IBSC) ett slående nytt koncept för att förbättra solcellers globala effektivitet. Med en teoretisk energiomvandlingseffektivitet på upp till 63,2 procent är det den nya älsklingen inom tredje generationens solenergiteknik och gynnas alltmer av industrin.

Denna ökning av cellenergiomvandlingseffektiviteten uppnås genom att införa ett smalt energiband med en liten täthet av energitillstånd i halvledarens förbjudna band. Införandet av detta smala energiband möjliggör ökad absorption av underbandsgap samtidigt som den öppna kretsspänningen hålls konstant. Med denna förbättring absorberar solcellen det mesta av det synliga ljuset förutom en del av det infraröda ljuset, vilket ökar cellens strömutgång och energiomvandlingseffektivitet.

Figur 1 Cellenergibanddiagram: konventionella solceller har bara ett ledningsband CB och ett valensband VB, men mellanbandssolceller introducerar också ett mellanband (IB) för att öka absorptionen av solljus

Trots den höga teoretiska energiomvandlingseffektiviteten hos mellanbandsolcellen (IBSC) är dess prestanda inte så hög som förväntat på grund av dess inneboende höga sammansättningsnatur (sammansättning av elektroner och hål i mellanbandet) och förstörelsen av halvledargittret där energiomvandlingseffektiviteten är lägre än det teoretiska värdet eller till och med lägre än effektiviteten för en typisk cell. Samtidigt är cellen mycket dyr att tillverka. Dessutom har IBSC:er kort livslängd och kan endast användas vid låga temperaturer, vilket kraftigt begränsar deras massproduktion och användning.

Forskare från Imperial College i Storbritannien och University of New South Wales (UNSW) i Australien har nyligen meddelat utvecklingen av en ny intermediate band solar cell (IBSC) och har publicerat sin senaste forskning i tidskriften RRL Solar. Den nya designen representerar ett stort framsteg inom området för interstitialbandsolceller. Enligt rapporten använder den nya IBSC en ny solcellsarkitektur och introducerar en unik optisk struktur som effektivt utnyttjar fler fotoner i solspektrumet för att öka cellens solcellseffektivitet. Publiceringen av denna forskning markerar också ett viktigt steg framåt inom området för mellanbandssolceller, vilket förväntas främja den kommersiella tillämpningen av mellanbandsolceller.

Enligt forskarna introducerar den nydesignade mellanbandsolcellen (IBSC) en ny solcellsarkitektur som inkluderar ett "spärrband" (RB), vars energiband kan ses i figur 1. Rumstemperaturdrift är möjlig. Detta genombrott kommer att utgöra en viktig grund för den framtida utvecklingen av IBSCs celler och är en viktig milstolpe inom området för mellanbandssolceller.

Redan 2020 hade de två spanska forskarna deklarerat: "Vi tror att när väl effektiva IBSC har utvecklats kommer forskarvärlden att investera mer i att optimera prestandan hos dessa enheter. Vi tror att när IBSCs visar sig vara mycket effektiva och potentiellt kostsamma. effektivt, beroende på marknadssegment kommer branschen att visa ett stort intresse." Nu när högeffektiva IBSCs utvecklas kan detta bli en stor ombildning för solcellsindustrin när fler företag är involverade i utveckling och massproduktion.