211service.com
Alta Devices láme rekord solárních článků
Startup, který již několik let pracuje v utajeném režimu, tvrdí, že dosáhl rekordní účinnosti solárních článků 28,2 procenta, čímž se blíží teoretickému maximu 33,5 procenta. Známka je zhruba o 2 procentní body vyšší než rekord z minulého roku – významný pokrok v odvětví, které obvykle měří zlepšení v desetinách procenta. Společnost Alta Devices, založená v roce 2007 se sídlem v Santa Claře v Kalifornii, říká, že její inovativní techniky se hodí k výrobě ve velkém měřítku.
Má-li být solární energie konkurenceschopná s fosilními palivy, je nezbytné zlepšit účinnost. Zvýšení výkonu jednotlivých solárních článků snižuje počet článků potřebných na instalaci a také snižuje náklady na věci, jako je instalace, kabeláž a elektronika pro připojení panelů k síti.
Výzkumníci společnosti Alta Devices pracovali s arsenidem galia na zlepšení přirozených vlastností, které z něj činí téměř ideální materiál pro solární články, říká Harry Atwater, profesor aplikované fyziky na Caltech a spoluzakladatel společnosti. Když solární článek absorbuje sluneční světlo, část sluneční energie generuje elektrony, které jsou rychle extrahovány z článku k výrobě elektřiny. Pokud elektrony nejsou extrahovány dostatečně rychle, rozpadají se a uvolňují svou energii buď jako teplo nebo světlo. Ztráta energie v důsledku tepla snižuje jak napětí, tak množství proudu, který může článek vyrobit, čímž se snižuje výstupní výkon. Ale pokud elektron místo toho produkuje světlo, světlo může být solárním článkem reabsorbováno a generováno další elektron, což poskytuje další šanci, aby se energie ve slunečním světle stala elektřinou.
V arsenidu galia téměř všechny elektrony produkují spíše světlo než teplo. V nejkvalitnějších příkladech materiálu může cyklus produkce světla a reabsorpce nastat 100krát na příchozí foton, což poskytuje vysokou pravděpodobnost, že vyrobený elektron bude nakonec extrahován k výrobě elektřiny. K dosažení rekordní účinnosti solárních článků vyvinuli výzkumníci Alta Devices chemické ošetření prasklin v materiálu, které jinak mají tendenci zachycovat elektrony a způsobovat, že uvolňují svou energii jako teplo. Pracovali také na vylepšení povrchu na zadní straně článku, aby zajistili, že se generované fotony odrážejí zpět do materiálu, čímž se zvyšuje pravděpodobnost, že budou generovat elektřinu.
Je příznačné, že vědci dokázali dosáhnout vysoké účinnosti pomocí technik, které by podle Atwatera mohly být použity v levné výrobě. Gallium-arsenidové solární články byly drahé na výrobu, protože jsou vyrobeny z velmi kvalitních plátků polovodiče, podobných těm, které se používají v počítačových čipech. Ke snížení nákladů používá Alta Devices techniku zvanou epitaxní liftoff, jejíž raná verze byla průkopníkem spoluzakladatele Alta Devices. Eli Yablonovitch v 80. letech 20. století. V současné verzi techniky se plátek používá jako šablona pro pěstování velmi tenkých vrstev krystalického materiálu za účelem vytvoření solárního článku. Tyto vrstvy se poté z plátku zbaví chemickým leptáním a zvednou se, což umožňuje opětovné použití plátku.
Atwater říká, že společnost pracuje na zlepšení epitaxního liftoff a na vývoji lepších způsobů růstu krystalických vrstev na plátku. Současná metoda, nazývaná chemická depozice z plynné fáze, je příliš pomalá na výrobu levných solárních článků.
Vysoce účinné články, které Alta Devices vyrobila, jsou malá, jednorázová zařízení. Větší solární moduly společnosti mají nižší účinnost – asi 21 procent. Obvykle, když společnosti přejdou na vysokovýkonnou výrobu, efektivita klesne o několik bodů. Alta Devices také potřebuje prokázat, že vysoce účinné články vydrží desítky let, když jsou vystaveny živlům, aniž by došlo k výraznému snížení jejich výkonu.