211service.com
Alta-enheter slår solcellsrekord
En startup som har arbetat i smygläge i flera år säger att den har uppnått en rekordsolcellseffektivitet på 28,2 procent, närmar sig det teoretiska maximumet på 33,5 procent. Märket är ungefär 2 procentenheter högre än ett rekord som sattes förra året – ett stort framsteg i en bransch som vanligtvis mäter förbättringar i tiondels procent. Alta Devices, grundat 2007 och baserat i Santa Clara, Kalifornien, säger att dess innovativa tekniker lämpar sig för storskalig tillverkning.
Att förbättra effektiviteten är avgörande om solenergi ska vara konkurrenskraftig med fossila bränslen. Att öka effektuttaget från enskilda solceller minskar antalet celler som behövs per installation och minskar också kostnaderna för saker som installation, ledningar och elektronik för att ansluta panelerna till nätet.
Alta Devices forskare arbetade med galliumarsenid för att förbättra inneboende egenskaper som gör det nästan till ett idealiskt solcellsmaterial, säger Harry Atwater, professor i tillämpad fysik vid Caltech och medgrundare av företaget. När en solcell absorberar solljus genererar en del av energin i solljuset elektroner som snabbt extraheras från cellen för att göra elektricitet. Om elektronerna inte extraheras tillräckligt snabbt, sönderfaller de och frigör sin energi som antingen värme eller ljus. Att förlora energin som värme minskar både spänningen och mängden ström som cellen kan producera, vilket minskar uteffekten. Men om elektronen istället producerar ljus kan ljuset återabsorberas av solcellen för att generera ytterligare en elektron, vilket ger ytterligare en chans för energin i solljus att bli elektricitet.
I galliumarsenid producerar nästan alla elektroner ljus snarare än värme. I exemplen av högsta kvalitet av materialet kan cykeln av ljusproduktion och återabsorption ske 100 gånger per inkommande foton, vilket ger en hög sannolikhet att en producerad elektron så småningom kommer att extraheras för att generera elektricitet. För att uppnå sin rekordstora solcellseffektivitet utvecklade Alta Devices forskare kemiska behandlingar för sprickor i materialet, som annars har en tendens att fånga in elektroner och få dem att frigöra sin energi som värme. De arbetade också med att förbättra en yta på baksidan av cellen för att säkerställa att fotoner som genereras reflekteras tillbaka in i materialet, vilket ökar sannolikheten för att de kommer att generera elektricitet.
Betecknande nog kunde forskarna uppnå hög effektivitet med tekniker som Atwater säger kunde användas i billig tillverkning. Gallium-arsenid-solceller har varit dyra att tillverka eftersom de är gjorda av högkvalitativa wafers av halvledaren, liknande de som används i datorchips. För att sänka kostnaderna använder Alta Devices en teknik som kallas epitaxial liftoff, en tidig version av vilken var banbrytande av Alta Devices medgrundare Eli Yablonovitch på 1980-talet. I den nuvarande versionen av tekniken används wafern som en mall för att odla mycket tunna lager av kristallint material för att bilda en solcell. Dessa lager befrias sedan från skivan med kemisk etsning och lyfts av, vilket gör att skivan kan användas igen.
Atwater säger att företaget arbetar för att förbättra epitaxial lyftning och att utveckla bättre sätt att odla de kristallina lagren på wafern. Den nuvarande metoden, som kallas kemisk ångdeposition, är för långsam för att göra billiga solceller.
De högeffektiva cellerna som Alta Devices har producerat är små engångsenheter. Företagets större solcellsmoduler har lägre verkningsgrad – cirka 21 procent. Vanligtvis när företag går över till produktion med hög genomströmning, sjunker effektiviteten med flera punkter. Alta Devices måste också visa att de högeffektiva cellerna kommer att hålla i årtionden när de utsätts för väder och vind utan en betydande försämring av deras prestanda.