Pośrednie fotowoltaika Band - Intermediate band photovoltaics

Fotowoltaika band pośrednie w ogniwa słonecznego badań dostarcza sposobów przekroczenia limitu Shockley-Queisser na efektywność komórce. Wprowadza pośredni pas (Ib), poziom energii, pomiędzy wartościowości i przewodzących pasm. Teoretycznie wprowadzenie IB umożliwia dwa fotony o niższej energii, niż pasmo wzbronione do wzbudzenia elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodzenia . Zwiększa to indukowane fotoprądu, a tym samym skuteczność.

ograniczenie sprawności

jeden zespół

Luque i Marti pierwsze pochodzą ograniczenia teoretycznego dla urządzenia IB z jednego poziomu energetycznego midgap stosując szczegółowy równowagi . Zakłada się, że nośniki nie zostały zebrane w IP, a urządzenie to przy pełnym stężeniu. Odkryli maksymalnej wydajności się 63,2%, przez pasmo wzbronione 1.95eV z IP 0.71eV z jednej wartościowości lub pasma przewodzenia. Pod jednym oświetleniu słonecznym sprawność graniczna wynosi 47%.

nieskończone zespoły

Zielone i brązowe rozszerzony na te wyniki wyznaczania teoretycznej granicy efektywności dla urządzenia z nieskończoną IBS. Przez wprowadzenie bardziej IB, jeszcze widma padającego może być wykorzystane. Po przeprowadzeniu szczegółowego bilansu, znaleźli maksymalną efektywność być 77,2%. Sprawność ta jest mniejsza niż komórki multijunction z nieskończonych skrzyżowaniach. Jest tak, ponieważ w komórkach multijunction elektrony są ujęte dokładnie po czym impulsowo do wyższego stanu energetycznego, podczas gdy w urządzeniu IB elektrony nadal potrzeba innego przejścia energii, aby dotrzeć do pasma przewodnictwa i gromadzone.

Obecna technologia

Pośredniczące mają potencjał, aby stać się wysokie teoretyczną wydajność urządzenia, ale są one trudne do wykonania. Wprowadzenie IB znacznie zwiększa non-radiacyjnych mechanizmów rekombinacji. Dodatkowo, IBS muszą być częściowo wypełnione, aby umożliwić ruch nośnika do lub z IB. Często wymaga to nośniki dawcy. Trzy obecne sposoby wytwarzania urządzeń IB są opisane poniżej.

Kropki kwantowe

Pierwsza metoda polega na wprowadzeniu małych jednorodnych struktur qd w jednym urządzeniu przyłączeniowej. Stwarza to Ib, które mogą być konfigurowane poprzez zmianę kształtu i rozmiaru QDs. Dla urządzenia eksperymentu, który pokazuje możliwości wysokiej sprawności należy wykazać, że może generować prąd z absorpcji fotonów sub-przerwie energetycznej, zachowując napięcie wyjściowe urządzenia. Korzystanie z kropek kwantowych, niektóre urządzenia eksperymentalne, takie jak Inas / GaAs, były w stanie to zrobić. Urządzenia InAs / GaAs w stanie odniesienia korzyści jak najwyżej 18,3%, przy czym jest jeszcze mniejsza niż w porównywalnym jednego urządzenia przyłączeniowej. Niestety, konstrukcje QD ma kilka problemów:

  1. Wprowadzona IB często puste, wymagając nośniki dawcy częściowo wypełnić je.
  2. Urządzenia te są na ogół skuteczne tylko w niskich temperaturach, ponieważ są one podatne na ucieczkę cieplnej.
  3. Zastosowanie QDs zwiększa bezpromieniste rekombinacji, co zmniejsza wydajność sub-pasma zabronionego.
  4. Zwiększenie ilości warstw QD można zwiększyć wydajność pod-pasma zabronionego, ale także zwiększa obciążenie sieci krystalicznej na urządzeniu.

Dlatego potrzebne są dalsze badania w celu wytworzenia prawdziwie wysokie wydajne urządzenia. W szczególności, o wysokiej gęstości struktur QD wcieleń długości nośnych, należy opracować nowe materiały trzeba znaleźć wyeliminować potrzebę stosowania nośników dawcy wypełniając IB.

Stopy bardzo niedopasowane

Inna metoda wytwarzania urządzenia IB jest stosowanie stopów bardzo niedopasowane. Stosowanie tych niedopasowanych stopów wprowadza IB powodu zespół anty-przejście (BAC) mechanizmu. Jest to zasadniczo rozdzielanie wartościowość lub pasma przewodnictwa, w zależności od rodzaju stopu, na dwa zespoły. Materiały te są zazwyczaj wykonane ze stopów III-V, ale mają również wykonane z II-VI stopów. Dwa najbardziej badanych stopów ZnTe domieszkowany O oraz GaAs domieszkowanych N Oba urządzenia doświadczalnie pokazanych absorpcji fotonów sub-przerwie energetycznej, jednak nie jest w stanie wykazać zachowanie napięcia. Pomimo tego, urządzenia ZnTeO wykazały wyższą fotoprądu i wydajności niż porównywalna pojedynczy bandgap urządzenia ZnTe. Niestety, obie struktury wykazują skuteczność mniej niż 1%. Idąc dalej, potrzebne są dalsze badania, aby znaleźć materiały o naturalnych częściowo wypełnionych zespołów IB.

materiałów sypkich z zanieczyszczeń głębokim poziomie

Wreszcie ostatni podejście jest wprowadzenie zanieczyszczeń na poziomie głębokie (DLI) do materiału półprzewodnikowego luzem. Ta metoda jest podobna do stopów wysoko niedopasowane jednak procenty dopingowe są znacznie mniej. Największym problemem z tych urządzeń jest to, że non-radiacyjne rekombinacji, głównie Shockley-Read-Hall, znacząco wzrasta. Znaczące badania w tej dziedzinie miały na celu osiągnięcie „ożywienie życia”, czyli zdolność do wzrostu życia nośników poprzez wprowadzenie bardziej DLI. W szczególności, to uważano, że odzysk trwałość można osiągnąć poprzez zwiększanie stężenia dli izolatora z metalem przejściowym. Krich jednak obalona to w procesie zaproponowali „wskaźnika jakości”, aby określić, czy materiały byłyby korzystne dla wysokiej wydajności IB. Chodziło o to, że jeżeli nie radiacyjne życia rekombinacji była znacznie wyższa niż dla czasu tranzytu przenieść elektrony od pasma przewodnictwa do IB, materiał może zwiększyć wydajność. Zasadniczo elektronów może osiągnąć IB rekombinację, prowadząc do wyższej indukowanego fotoprądu. Ta figura zasług został wykorzystany do wyjaśnienia dlaczego żadne urządzenie nadające zostało wykonane przy użyciu wysoce domieszkowany krzem. Tlenowce domieszkowanego krzemu, w szczególności mają niski wskaźników jakości ze względu na ich małą bezpromieniste wcieleń rekombinacji. Aby osiągnąć urządzeń IB, dalsze badania należy zrobić, aby znaleźć sypkiego materiału półprzewodnikowego, który wykazuje większą żywotność niż radiacyjnych rekombinacji.

Referencje