Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

FP7

SIRACUSA Wynik w skrócie

Project ID: 302489
Źródło dofinansowania: FP7-PEOPLE
Kraj: Zjednoczone Królestwo

Ogniwa słoneczne o niespotykanej wydajności

Wydajność powyżej teoretycznej granicy 40,7% może potencjalnie zostać osiągnięta w ogniwach słonecznych trzeciej generacji. Dodanie wąskiego pasma stanów energetycznych w środku pasma wzbronionego materiałów półprzewodnikowych jest pierwszym krokiem w tym kierunku.
Ogniwa słoneczne o niespotykanej wydajności
Dotychczas podstawy działania pasma pośredniego ogniw słonecznych przedstawiano doświadczalnie. Pasmo pośrednie umożliwia absorpcję fotonów o niskiej energii, które są normalnie przesyłane przez materiał fotowoltaiczny. Obliczenia teoretyczne wskazują, że można uzyskać wydajności na poziomie do 63% przy skupionym promieniowaniu słonecznym.

Celem finansowanego ze środków UE projektu SIRACUSA (Study on intermediate band materials with prevailing radiative carrier recombination for superior solar energy applications) było opracowanie wysokowydajnych ogniw słonecznych poprzez umieszczenie dodatkowego pasma na głębokim poziomie zanieczyszczeń. Naukowcy badali alternatywne rozwiązania dla wprowadzania kropek kwantowych do wewnętrznego regionu półprzewodnika p-i-n.

Przy wykorzystaniu epitaksji wiązki molekularnej utworzono pośrednie pasmo poprzez wprowadzenie wysokiego stężenia żelaza (Fe) do arsenku galu (GaAs) domieszkowanego krzemem. Wykorzystano drugorzędną spektrometrię mas jonów do scharakteryzowania nowego materiału i potwierdzono wysokie stężenie dodanego Fe. Właściwości elektryczne badano w oparciu o pomiary efektu Halla.

Uważa się, że występowanie głębokich poziomów zanieczyszczeń w paśmie wzbronionym półprzewodnika ma negatywny wpływ na wydajność ogniw słonecznych. Jednak teoria przewiduje, że po wprowadzeniu w dostatecznie wysokim stężeniu, funkcje krzywych gatunków obcych nakładają się na siebie, tworząc pasmo, i hamują procesy niezwiązane z promieniowaniem.

Przed rozpoczęciem projektu SIRACUSA najbardziej praktyczne zastosowania koncepcji pasma pośredniego były ukierunkowane na wykorzystanie nanotechnologii, w szczególności kropek kwantowych. Badacze z zespołu projektowego jako pierwsi podjęli próbę wytworzenia ogniw słonecznych z pasmem pośrednim GaAs:Fe.

Przypuszczano, że fotoreakcja na fotony o energii poniżej pasma wzbronionego powstaje głównie w miejscach przeciwnych As i wolnych miejscach Ga. Wprowadzenie dodatkowych stanów energetycznych wewnątrz pasma wzbronionego przez atomy Fe przyczyniło się również do wytwarzania fotoprądu.

Konieczne jest umożliwienie doprowadzania fotoprądu o wysokim natężeniu przy utrzymaniu napięcia w obwodzie otwartym ogniwa słonecznego. Będzie to wymagać bardziej rygorystycznego kontrolowania procesu rozwoju w celu wytworzenia materiału ogniwa słonecznego o wysokiej jakości w niskiej temperaturze.

Zaproponowano teoretycznie kilka materiałów i układów umożliwiających wdrożenie koncepcji pasma pośredniego w praktyce. Obecnie trwają badania nad wieloma kandydatami, z których zespół wybierze optymalny materiał.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Ogniwa słoneczne, materiały półprzewodnikowe, pasmo pośrednie, SIRACUSA, kropki kwantowe
Numer rekordu: 182863 / Ostatnia aktualizacja: 2016-06-06
Dziedzina: Energia