GÜNEŞ Club du CERN: toutes les enerjileri solaires et renouvelables!

GÜNEŞ Club du CERN: toutes les enerjileri solaires et renouvelables!

Enerjileri RENOUVELABLES sol (ID) aires
LE FUTUR DU SOLAIRE PV
A Step Closer to the Optimum Solar Cell
--------------------------------------------------------------------------------

· Kaynak galeri , mars :
İletişim: Paul Preuss, paul_preuss@lbl.gov
maliyet Ayrıca, fotovoltaik güneş pillerinin değerlendirilmesinde en temel sorunu efficiencyóhow bunu elektriğe dönüştürmek hücre düşüyor güneş ışığı kadar?
iki yıl içinde ikinci kez, Kin Man Yu ve Malzeme Wladek Walukiewicz Bilimleri Bölümü, Berkeley Lab ve diğer kurumlardan meslektaşları ile birlikte çalışarak olağanüstü verim elde etmek mümkün olabilir, yeni bir güneş pili malzemesi açıkladı. her şekilde bu keşifler, ancak farklı.

Kin Man Yu ve Wladek Walukiewicz birkaç roman güneş pili malzemelerin optik ve fotovoltaik etkileri test ettik.
"Iki malzeme ortak tek şey," her ikisi de mümkün olduğunca güneş spektrumunun yakalamaya çalışan olmasıdır. "Yu diyor
2002 yılında araştırmacılar indiyum ve alaşım galyum oranlarını ayarlanmış olsaydı indiyum galyum nitrür (InGaN) ışığı farklı dalga boylarında yanıt vereceğini öğrendim. Böylece birkaç akım üreten kavşaklar formunu olumsuz ve olumlu katkılı katmanları birden istifleme bir fotovoltaik hücre tam güneş spektrumunun duyarlı yaratmak mümkün olabilir.
en son discoveryówhat yılında Yu "tamamen yeni bir malzeme kavram" Othe araştırmacılar malzemenin tek bir kavşak neredeyse tüm güneş spektrumunun cevap mümkün olabilir ki böyle bir şekilde alaşımlı çinko manganez tellür (ZnMnTe) tedavisinde çağırır.
"Bu bir multijunction malzeme değil," Walukiewicz diyor, "daha da ilginç: Bir multigap malzeme" çoklu bant boşlukları ile oa tek yarıiletken.
A solar cell with the simplest possible physical structure could achieve 50 percent verimliliği veya daha iyisi, çok laboratuvar yüksek gösterdi henüz dışında herhangi bir.

Nasıl güneş hücreleri çalışma
Güneş ışığı düşük enerjili yüksek enerjili morötesi fotonları ve tüm görünür ışık fotonları ile arası fotonlar kızılötesi birleştirerek, çok renk gelir. Her fotovoltaik malzeme bu enerjiler, kendi karakteristik bant aralığı karşılık gelen dar bir aralık yanıt verir.
Band aralığı elektronların hareket serbesttir onun boş iletim bandı, içine, takoz atomları bağlı elektronların dolu bir yarı iletken's valans bandı, bir elektron tekme için gerekli (eV) elektron volt cinsinden enerji miktarı, bir . (Bant grafik gösterimleri değil, fiziksel mekanlardır.)
in aksine p-tipi (pozitif) malzeme eksik elektron veya delik ayrılmak katkılı olmuştur; yarı iletken bir n-tipi, elektrikle negatif malzeme forma safsızlık atomları ile katkılı ise, zaten iletim bandı birkaç elektrona sahip valans bandı. Gelen foton absorbe zaman, elektronlar bir elektrik akımı oluşturarak, kavşak ve negatif tarafa doğru delik olumlu tarafa doğru göç; n-ve p-tipi arasında bir birleşme bir gerilim önyargı oluşturur.


Bir fotovoltaik hücre malzemesi olarak, karşılık gelen enerji gelen fotonlar serbest elektronların,
hangi bir elektrik akımı oluşturarak, kavşak olumlu tarafa doğru göç ederler.
enerji band aralığı daha düşük Fotonlar emilmeyen kaçış; daha yüksek enerjili fotonlar emilir, fakat enerjinin çoğu ısı olarak israf edilmektedir. en çok güneş fotonları çok daha enerjik, Kristal silikon, önde gelen güneş pili malzemesi, sadece 1.1 eV bir band aralığı vardır. Kristal silisyum güneş pilleri en fazla verimli yaklaşık yüzde 25 vardır.
farklı bant boşlukları ile farklı materyaller Ancak enerjileri daha geniş bir yelpazesi ile fotonları yakalamak için yığılmış olabilir. diğerleri alt-band-gap junction altına geçmesi sırasında bir multijunction güneş pili, üst kavşak, yüksek enerjili fotonların yakalar. eV yaklaşık 1,7 bir bant aralığı olan alüminyum galyum arsenit, kristalin silikon katmanlı olabilseydim, çıkan hücre yüzde 50 etkili olacaktır.
Ne yazık ki bu malzemelerin yığılmış olamaz; farklı kristal örgüleri ile eşleşen malzemeler ve sık sık imkansız zor. Şimdiye kadar en verimli multijunction hücrelerin yaklaşık yüzde 30 verimlilik ile iki kavşak hücrelerdir. indiyum galyum nitrür, güneş pili tam spektrum için önerilen Berkeley Laboratuarı araştırmacıları ilk malzemenin avantajı tüm farklı katmanlardan kristal aynı olmasıdır.
materyal radyasyon doğal olarak zordur Çünkü malzemenin pratik bir p-tipi yorum yapmak zor oldu olmasına rağmen, araştırma, uydu uygulamaları için InGaN devam ediyor.
multigap fenomen keşfetme
"Multiband hücre kavramı tekrar 1960 yılında safsızlık fotovoltaik etki önerilen güneş-hücre öncüsü Martin Wolf, gider," Walukiewicz diyor. "Fikri bir yarı iletken içine doğru elektronik özellikleri ile kirlilik getirerek farklı enerjiler ile daha fotonlar emen bir singleñjunction güneş pili yapmak edebilirdi. Kulağa hoş geliyor, ama kimse nasıl yapılacağını biliyordu."
Ancak 1999 yılında, Walukiewicz ve diğerleri Berkeley Lab üç kavşak hücre inşa etmeye çalışıyorlardı DOE Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı solar-hücre tasarımcılar ile çalışıyorlardı. NREL araştırmacılar yanlışlıkla bölünmüş bir bant aralığı ile ilk fotovoltaik yarıiletken oluşturdu. Ama ilk başta bunu fark etmemişti.
Walukiewicz açıklıyor "Onlar 1-band aralığı ve hücrenin diğer katmanları uyumlu bir kristal kafes yapısı eV, bir ile yeni bir malzeme gerekli". "Bunlar sadece küçük bir azot istenen bant neredeyse kusursuz bir kafes maçı gapóand elde edebiliriz alaşımları nitrür galyum indiyum arsenit kullanılır."
band-gap azalma beklenmedik olduğu için, Walukiewicz işe yaradı öğrenmek için yola çıktı. Cevap, geliştirdiği, (çok daha güçlü çekici elektronlar) ana atomları çok daha elektronegatif olan azot birkaç atom, iki kısma GaInAs iletim bandı bölme, kendi dar bir enerji bant üretilmiş olmasıydı. iki iletim bantlarının alt boşluk istenen 1 eV oldu.
GaInAs fakir bir güneş pili malzemesi için yapılan bölünmüş bantların diğer özelliklerinin durumda. Yine de, Walukiewicz ve arkadaşları fenomen araştırmaya devam etmiştir olarak bilinen bölünmüş grup fenomenin bir model geliştirdi "band anticrossing."

Mükemmel bir uyumsuzluk
bir GaInAs gibi III-V grup, bir yarı iletken alaşım ev sahibi atomların, birkaç nitrojen atomları çok farklı elektronegatiflik sahip değiştirildiğinde de bir o kadar-son derece uyumsuz alaşım sonuçları çağırdı. (Roma rakamları hangi kurucu unsurlar bulunur periyodik tablodaki sütunlara bakın.) Oksijen ile alaşımların II-VI grubunda atomlar değiştirilmesi, ayrıca çok elektronegatif, hem de son derece uyumsuz alaşımlar üretmektedir.
Split bant boşluklar oldukça uyumsuz alaşımların elektronik özellikleri oluşturmaktadır. GaInAs olduğu gibi, çoğu durumda split güneş hücreleri çok fazla kullanım sonuçlar ile, iletim bandı içinde oluşur. Bazı malzemeler ise, bant anticrossing model safsızlık atomları iletim bandı çok altında dar bir bant üretecek öngörüyor. Böyle bir öngörü II-VI alaşımlı çinko manganez tellür, ZnMnTe, oksijen yabancı maddeleri ekleyerek iyi tanımlanmış ve yaygın bant boşlukları split üretmek olurdu.
"Nasıl sergiyi bu kolay değildi yapmak," Yu "diyor. "Bu oksijen atomları maddi boyunca eşit olarak dağıtılmış olması. Tuzak yeterli oksijen iyonları için, sıvı halde malzeme ve çok hızlı. Oksijen çünkü sadece yavaş malzeme ısı olamaz ile yapmak zorunda önemliydi hızla sürüldü. "
Walukiewicz "onlar safsızlık atomları ve host atomları birbirine sevmiyorum son derece uyumsuz alloysóbecause denilen konum İşte bu nedenle ekler."
Yu bir çiftin "Biz, tüm lazer işlemi yüz nanosaniye sadece bir çift alır lazer ZnMnTe sıvılaştırmak ve hızla recrystallize eriyorlar. Darbeli kullanılmış, sonra biz iyon ışınları kullanılan oksijen implant iki stagesófirst de yaptım" diyor Saniyenin 100/1000000000.
Böylece araştırmacılar layeróonly 0.2 mikrometre kalınlığında üst ZnMnTe tek kristalleri oluşturmak başardık óheld yeterli oksijen safsızlık atomları normal bant aralığı bölmek (mikrometre metrenin milyonda bir).

enerji seviyelerinin güverte
Nasıl bölünmüş bir bant aralığı elektrik güneş spektrumunun geniş bir tarama alanı dönüştürebilirsiniz? iki ayrı grup Çünkü malzeme verimli üç farklı enerji fotonları emer demektir.


çok katmanlı güneş pili (solda), her katmanı, farklı bir bant aralığı ile farklı bir alaşımdır
Hangi güneş ışığı farklı bir frekans yanıt verir.
Bir multigap güneş pili, malzemenin sadece tek bir katman
ancak birden fazla bant boşlukları farklı frekans aralığı cevap verir.
malzemenin valans bandı ve split bantların düşük arasındaki fark bir band aralığı oluşturur. ZnMnTe oksijen safsızlıklar (ZnMnOTe yazılı) içeren bu ilk açığı 1.8 fotonlar eV emer.
iki ayrı grup arasındaki fark, ikinci bir bant aralığı olan; ZnMnOTe, bu açığı 0.7 fotonlar eV emer. Nihayet, valans bandı ve üst yürüten grup arasındaki fark üçüncü bir bant aralığı formları; ZnMnOTe, bu açığı 2.6 fotonlar eV emer.
Birlikte, bu üç boşluklar hemen hemen tüm güneş spektrumunun yanıt. Bu malzeme ile yapılmış güneş pili tek kavşak hesaplanan verim dikkate değer yüzde 57 olacaktır. Ama tek kavşak mimari zarif basit olmakla birlikte, birçok soru da iş yapabilirsiniz kanıtlamak ZnMnOTe ya da son derece uyumsuz kuzenleri herhangi önce cevaplamak zorunda.
p-tipi ve split-bant malzemeden n-tipi versiyonları yapma sorun teşkil görünmüyor. Ama darbeli lazer erime takip iyon implantasyonu zor süreç toplu olarak yarı iletken üretimi için hiç bir yoldur. materyal iki kez 0.2 mikrometre kalınlığında bugüne kadar elde daha itómore düşen bütün güneş fotonları absorbe olup olmadığını ve oksijen-implante tabakası en az 0,5 mikrometre kalınlığında olmalıdır.
Yu son derece uyumsuz alaşımlar oluşturan, ancak "görünümünde bir kristal büyüme açısından zorlu" olduğunu kristaller epitaxially büyümüş olabilir umut olduğunu itiraf ediyor. Iyi bir işaret, diyor, Japon araştırmacılar zaten ilgili malzeme, çinko selenyum kalın oksijen katkılı kristalleri büyümüş olması.
Bu arada, Berkeley Laboratuarı araştırmacıları sahip bir fotovoltaik yanıtı veriyor malzemenin tek bir kavşak imalatı MİT Piotr Becla ile sürüldü. Bununla beraber onlar, tek kavşak güneş pilleri yüksek verim için gerekli olan üç-bant yarıiletken tür göstermiştir.
alaşımlar oldukça uyumsuz olarak nihai başarı olarak son derece olası görünüyor ki istenen resultóso birçok almak için bu alaşımların kompozisyon değişen birçok olası yolu vardır.

Ek bilgi
" oksit yarı iletkenler ile birden fazla bant boşluklar VI Seyreltilmiş II- MIT, tarafından Kin Man Yu, Wladek Walukiewicz, Wei Shan ve UC Lab ve Jeff Beeman Berkeley Lab Berkeley Dubon, Mike Scarpulla ve Oscar Berkeley ve Piotr "Becla çıktı harflerle Physical Review, 12 Aralık 2003.
Hakkında daha fazla bilgi için güneş pilleri nitrür indiyum galyum
Hakkında daha fazla güneş pillerinin yapıları



--------------------------------------------------------------------------------


solaire futur for solar cellsile en iyi eşleşen sonuçlar
LE FUTUR DU SOLAIRE PV A Step Closer to the Optimum Solar Cell... Metne git »
A solar cell with the simplest possible physical structure could achieve 50 percent... Metne git »