ニュース： 太陽光発電
27年 2023月日
米国エネルギー省（DOE）の国立再生可能エネルギー研究所（NREL）は、セルスタックの材料を慎重に設計することで、太陽電池からさらなる効率を引き出すことができたと述べている（Kevin Schulte、John Simon、Myles Steiner）および Aaron Ptak、「性能向上のための III-V ヘテロ接合太陽電池のモデリングと設計」、Cell Reports Physical Science 第 4 巻、第 9 号、20 年 2023 月 101541 日、pXNUMX)。
研究者らは、計算研究と実験研究の両方に基づいて、ダイナミック水素化物気相エピタキシー (D-HVPE) を使用してガリウムヒ素 (GaAs) ヘテロ接合太陽電池を成長させ、認証効率 27% を達成しました。これは、D-HVPE を使用して成長させた単接合 GaAs セルの記録です。このテクニック。
この研究は、確立された宇宙用途ではなく地上用途でIII-V族太陽電池をより手頃な価格にするためのNREL研究者らによる最新の取り組みである。 D-HVPE は、既存の技術と比較してこれらの細胞を合成する低コストの方法となる可能性をもたらします。
写真: NREL の上級科学者アーロン・プタック氏が、エネルギー長官ジェニファー・グランホルム氏 (右) と NREL 国立太陽光発電センター所長ナンシー・ヘーゲル氏に D-HVPE 研究室の概要を説明。 (NREL の Werner Slocum による写真)。
この研究は、デバイス効率に対する欠陥の影響を最小限に抑えるために、エミッタデバイス層のドーピングとバンドギャップを最適化することで太陽電池の性能を向上させるためのロードマップを提供します。 この結果は理論的には、シリコン、テルル化カドミウム、ペロブスカイトなどのヘテロ接合を使用する III ～ V を超える材料に適用できます。
「どのような製造方法を選択しても、エントロピーのおかげで太陽電池には常に何らかの欠陥が含まれます。 慎重に設計されたエミッタ特性を備えたヘテロ接合構造を使用することにより、これらの欠陥の濃度を下げるための措置を何も講じていなくても、効率に対するこれらの欠陥の悪影響を最小限に抑えることができます」とNRELの高効率結晶質太陽光発電グループのKevin Schulte氏は述べています。 「さらに、相対的な効率の向上は欠陥の集中度に応じて変化します。 ベースラインの D-HVPE セルはすでに高い効率を持っていますが、論文に記載されている方法を使用すると、欠陥濃度が高いデバイスの相対効率がさらに向上します。」
太陽電池は、GaAs ベース層とともに、ヘテロ接合を構成するリン化ガリウムインジウムヒ素 (GaInAsP) のエミッタ層に依存していました。 研究者らは、層成長中にガリウム、インジウム、ヒ素、リンの相対濃度を変えることによって実現される、エミッタ層の亜鉛ドーピング密度とバンドギャップを変えることがセル効率に及ぼす影響をモデル化した。 モデリングにより、デバイスの効率を最大化するこれら 26 つのパラメーターの最適な選択が特定されました。 その後、研究者らはモデリングのガイダンスを使用してセルを合成し、モデルが予測した効率の向上を達成しました。 ベースラインとして機能した背面ヘテロ接合太陽電池は、GaInP からなるエミッターを使用しており、報告された効率は 27% でした。 エミッタのドーピングを減らし、その組成を GaInP からよりバンドギャップの低い GaInAsP に変更することにより、デバイスの残りの部分がまったく同じであるにもかかわらず、効率が XNUMX% に増加しました。
ヘテロ接合の利点は一般的に知られているが、III-Vヘテロ接合の実験による実証は少数の組み合わせに限られていると研究者らは指摘している。 「私たちは、このように知られていたものの定量化されていなかったこの概念を採用し、それをマッピングしました」とシュルテ氏は言います。 「私たちはモデリングが実験で見られたものと一致していることを示し、それが太陽電池設計の強力なツールであることを示しました。」
www.cell.com/cell-reports-physical-science/
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- 情報源： https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/oct/nrel-271023.shtml
