Naukowcy z Université de Sherbrooke i Uniwersytetu Ottawy w Kanadzie oraz eksperci z Université Grenoble Alpes we Francji wyprodukowali miniaturowe ogniwo słoneczne typu III-V, o czym napisali w Cell Report Physical Science. Ich wynalazek osiągnął zdumiewającą wydajność jak na tak małe rozmiary. Do czego mogą nam się przydać takie ogniwa słoneczne?
Czytaj też: Światło pędzi jak szalone przez ogniwa słoneczne. Wynalazek z Niemiec zmienia reguły gry
Na początku dowiedzmy się, czym w ogóle są ogniwa typu III-V. Cyfry rzymskie odnoszą się do dwóch konkretnych grup z układu okresowego pierwiastków: 13 i 15 (w starym amerykańskim podziale grupy opisywano rzymskimi cyframi w nieco inny sposób, który pozostał przy nazewnictwie ogniw). Urządzenia tego typu zbudowane są z kilku warstw składających się m.in. z glinu, galu, indu, fosforu, azotu, arsenu i antymonu.
Konstruowanie takich jednostek jest niezwykle kosztowne, w związku z czym produkcja ogniw III-V ograniczyła się do wyjątkowych sytuacji, kiedy bez względu na finanse istnieje zapotrzebowanie na ekstremalnie lekkie i małe oraz jednocześnie wydajne ogniwa słoneczne, np. w dronach, satelitach, miniaturowych urządzeniach elektronicznych, bateriach wykorzystywanych w misjach kosmicznych itp.
Czytaj też: To nie są zwykłe ogniwa słoneczne, a wytrzymują nawet w kosmosie. Czemu o tym jest tak cicho?
Ogniwa słoneczne typu III-V – kosztowne, ale w wyjątkowych przypadkach warte zachodu
Kanadyjscy i francuscy uczeni podjęli się próby skonstruowania zmodyfikowanej wersji ogniwa, która będzie posiadać potrójny styk tylny oraz połączenia trójwymiarowe (ang. 3D interconnects). W rezultacie, jak twierdzą, uzyskali prototyp urządzenia o bardzo niskim współczynniku zacienienia i wysokim poziomie wykorzystania powierzchni płytki fotowoltaicznej.
Jednostka zbudowana jest z trzech podogniw. Górne składa się z indu, galu i fosforu, środkowe z indu, galu i arsenu, a dolne tylko z germanu. Grubość folii fotowoltaicznej finalnie wyniosła jedyne 20 mikrometrów. Połączenia 3D sprzyjały miniaturyzacji urządzenia, które podczas testów uzyskało sprawność konwersji energii na poziomie 18,3 proc. przy napięciu jałowym 2,276 V i gęstości prądu zwarciowego 8,51 mA/cm2 oraz współczynniku wypełnienia 82,1 proc.
Czytaj też: Ogniwa słoneczne następnej generacji. Do ich powstania doprowadziła nowa metoda
Jeśli mowa zaś o współczynniku zacienienia, to autorzy badań chwalą się, że wyniósł on jedynie 3 proc. Poziom wykorzystania powierzchni płytki w porównaniu z analogicznymi ogniwami z połączeniami 2D wzrósł aż sześciokrotnie. Jak piszą naukowcy w swoim artykule, te wszystkie ulepszenia przyspieszą rozwój zminiaturyzowanych urządzeń korzystających z energii słonecznej.
