Theoretisch rendement van 63,2 procent, een doorbraak voor fotovoltaïsche cellen van de derde generatie!

Schokkend! Nieuwe Intermediate Band Solar Cells (IBSC's) kunnen een theoretisch rendement behalen van 63,2 procent, drie keer hoger dan gewone zonnecellen (met rendementen in de buurt van 20 procent)! Een baanbrekende ontdekking door een internationaal onderzoeksteam die een revolutie teweeg kan brengen in de zonne-industrie! Netizens roepen uit: staat het IBSC-conceptaandeel op het punt een hausse te veroorzaken?

De nieuwe lieveling van de zonnetechnologie van de derde generatie

Zonnecellen van kristallijn silicium vertegenwoordigen de eerste generatie zonnecellen, waaronder zonnecellen van monokristallijn, polykristallijn en amorf silicium. Deze cellen worden al veel gebruikt in commerciële en residentiële toepassingen en zijn goed voor 90 procent van de wereldwijde fotovoltaïsche markt. Hun energieomzettingsrendement is echter slechts 15-25 procent en hun productiekosten zijn hoog.

Dunne-film zonnecellen van de tweede generatie worden gemaakt op glassubstraten, en hoewel de materialen en productiekosten lager zijn, is hun energieomzettingsrendement slechts 6-10 procent.

De derde generatie zonnecellen heeft tot doel de energieconversie-efficiëntie te verhogen, kosten te verlagen en toepassingen te vergemakkelijken. Ze staan ​​​​bekend als nieuwe zonnecellen en omvatten anorganische en organische dunnefilmzonnecellen, kleurstofgevoelige en kwantumdotgevoelige zonnecellen en chalcogenide-zonnecellen. Ondanks de relatief korte ontwikkeltijd van deze cellen hebben ze een groot ontwikkelingspotentieel vanwege hun hoge theoretische energieconversie-efficiëntie en relatief lage productiekosten.

Hiervan is de middenbandzonnecel (IBSC) een opvallend nieuw concept voor het verbeteren van de wereldwijde efficiëntie van zonnecellen. Met een theoretische energieomzettingsefficiëntie van maximaal 63,2 procent is het de nieuwe lieveling van de derde generatie zonnetechnologie en krijgt het steeds meer de voorkeur van de industrie.

Deze verhoging van de efficiëntie van de omzetting van celenergie wordt bereikt door een smalle energieband met een kleine dichtheid van energietoestanden in de verboden band van de halfgeleider te introduceren. De introductie van deze smalle energieband zorgt voor een grotere absorptie van de sub-band gap terwijl de nullastspanning constant blijft. Met deze verbetering absorbeert de zonnecel het grootste deel van het zichtbare licht naast een deel van het infraroodlicht, waardoor de stroomoutput en de energieconversie-efficiëntie van de cel toenemen.

Figuur 1 Cell energy band diagram: conventionele zonnecellen hebben alleen een geleidingsband CB en een valentieband VB, maar intermediate band zonnecellen introduceren ook een intermediate band (IB) om de absorptie van zonlicht te vergroten

Ondanks de hoge theoretische energieconversie-efficiëntie van de tussenband-zonnecel (IBSC), zijn de prestaties niet zo hoog als verwacht vanwege de inherente hoge samengestelde aard (samenvoeging van elektronen en gaten in de tussenband) en de vernietiging van het halfgeleiderrooster , waarbij de energieomzettingsefficiëntie lager is dan de theoretische waarde of zelfs lager dan de efficiëntie van een typische cel. Tegelijkertijd is de cel erg duur om te vervaardigen. Bovendien hebben IBSC's een korte levensduur en kunnen ze alleen bij lage temperaturen worden gebruikt, wat hun massaproductie en toepassing sterk beperkt.

Wetenschappers van het Imperial College in het Verenigd Koninkrijk en de University of New South Wales (UNSW) in Australië hebben onlangs de ontwikkeling aangekondigd van een nieuwe middenband zonnecel (IBSC) en hebben hun laatste onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift RRL Solar. Het nieuwe ontwerp vertegenwoordigt een grote vooruitgang op het gebied van interstitiële band zonnecellen. Volgens het rapport gebruikt de nieuwe IBSC een nieuwe zonnecelarchitectuur en introduceert het een unieke optische structuur die effectief meer fotonen in het zonnespectrum gebruikt om de fotovoltaïsche efficiëntie van de cel te verhogen. De publicatie van dit onderzoek markeert ook een belangrijke stap voorwaarts op het gebied van middenband zonnecellen, die naar verwachting de commerciële toepassing van middenband zonnecellen zal bevorderen.

Volgens de onderzoekers introduceert de nieuw ontworpen middenband-zonnecel (IBSC) een nieuwe zonnecelarchitectuur met een 'ratelband' (RB), waarvan de energieband te zien is in figuur 1. Werken bij kamertemperatuur is mogelijk. Deze doorbraak vormt een belangrijke basis voor de toekomstige ontwikkeling van IBSC-cellen en is een belangrijke mijlpaal op het gebied van middenband-zonnecellen.

In 2020 hadden de twee Spaanse onderzoekers verklaard: "Wij geloven dat zodra efficiënte IBSC's zijn ontwikkeld, de wetenschappelijke gemeenschap meer moeite zal doen om de prestaties van deze apparaten te optimaliseren. Wij zijn van mening dat zodra IBSC's zeer efficiënt blijken te zijn en mogelijk kosten effectief, afhankelijk van het marktsegment zal de industrie veel interesse tonen." Nu IBSC's met een hoog rendement worden ontwikkeld, zou dit een grote herschikking kunnen betekenen voor de PV-industrie, zodra meer bedrijven betrokken zijn bij de ontwikkeling en massaproductie.