제3세대 광전지

Third-generation photovoltaic cell

3세대 광전지는 단일 밴드갭 태양 전지에 대해 31-41%의 전력 효율이라는 쇼클리-퀴저 한계를 잠재적으로 극복할 수 있는 태양 전지이다.여기에는 반도체 p-n 접합부("1세대")와 박막 셀("2세대")로 이루어진 셀의 다양한 대안이 포함됩니다.일반적인 3세대 시스템은 비정질 실리콘 또는 갈륨 비소로 만들어진 다층("탄뎀") 셀을 포함하며, 보다 이론적인 발전에는 주파수 변환이 포함됩니다. (즉, 셀이 사용할 수 있는 광 주파수에 사용할 수 없는 빛의 주파수를 변경하여 더 많은 전력을 생성함), 열전파 효과 및 기타입니다.다분사 방출 [1][2][3][4][5]기술.

신흥 태양광 발전에는 다음이 포함됩니다.

특히 페로브스카이트 세포의 연구 성과는 최근 연구 효율이 20% 이상 치솟으면서 대중의 큰 관심을 받고 있다.또, 저비용의 애플리케이션도 [6][7][8]폭넓게 제공하고 있습니다.또한, 또 다른 신기술인 집광기 태양광 발전(CPV)은 광학 렌즈 및 추적 시스템과 함께 고효율 다접합 태양 전지를 사용합니다.

테크놀로지

태양 전지는 무선 수신기의 가시광선이라고 생각할 수 있다.수신기는 전파(빛)를 안테나 재료 내의 전자의 파동운동으로 변환하는 안테나, 안테나의 끝부분에서 전자가 튀어나올 때 포착하는 전자밸브, 선택된 주파수의 전자를 증폭하는 튜너 등 3가지 기본 부품으로 구성된다.라디오와 동일한 태양전지를 만드는 것은 가능하지만, 광직류관이라고 알려진 시스템입니다. 하지만 지금까지 이러한 시스템은 실용적이지 않았습니다.

태양광 시장의 대부분은 실리콘 기반의 소자로 구성되어 있다.실리콘 셀에서 실리콘은 안테나(또는 엄밀히 말하면 전자 공여체)와 전자 밸브의 역할을 모두 합니다.실리콘은 널리 이용 가능하고, 비교적 저렴하며, 태양 채집에 이상적인 밴드갭을 가지고 있습니다.단점으로는 실리콘을 대량으로 생산하는 것은 에너지적이고 경제적으로 비용이 많이 들고, 필요한 양을 줄이기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.또한 기계적으로 깨지기 쉬우므로 일반적으로 강한 유리판을 사용하여 기계적 지지 및 요소로부터 보호해야 합니다.유리만으로도 일반적인 태양 전지 모듈 비용의 상당 부분을 차지합니다.

쇼클리-퀴저 한계에 따르면, 셀의 이론적 효율의 대부분은 밴드갭과 태양 광자 사이의 에너지 차이 때문이다.밴드갭보다 더 많은 에너지를 가진 광자는 광자극을 일으킬 수 있지만 밴드갭 에너지 이상의 에너지는 손실됩니다.태양 스펙트럼을 생각해 봅시다. 지상에 도달하는 빛의 극히 일부만이 파란색이지만, 이 광자들은 붉은 빛의 세 배 에너지를 가지고 있습니다.실리콘의 밴드갭은 1.1eV로 적색광과 비슷하므로 이 경우 실리콘 셀에서 청색광의 에너지가 손실됩니다.밴드갭이 파란색으로 더 높게 조정되면 그 에너지는 캡처되지만 낮은 에너지 광자를 거부하는 비용만 들 수 있습니다.

"탄뎀 셀" 또는 "다중 접합" 접근 방식인 다양한 밴드갭을 가진 얇은 재료 층을 서로 겹쳐 쌓으면 단일 접합 셀을 크게 개선할 수 있습니다.기존의 실리콘 제조 방법으로는 이 방법을 사용할 수 없습니다.대신 Uni-Solar의 제품을 중심으로 비정질 실리콘 박막이 사용되었지만, 다른 문제들로 인해 전통적인 셀의 성능에 필적할 수 없었습니다.대부분의 탠덤 셀 구조는 고성능 반도체, 특히 갈륨 비소(GaAs)를 기반으로 합니다.3층 GaAs 셀은 실험 [9]사례에서 41.6%의 효율성을 달성했습니다.2013년 9월, 4층 셀의 [10]효율은 44.7%에 달했습니다.

수치 분석은 "완벽한" 단층 태양 전지는 1.13 eV의 밴드갭을 가져야 하며, 이는 거의 실리콘의 밴드갭을 가져야 한다는 것을 보여준다.이러한 셀은 이론적으로 최대 33.7%의 전력 변환 효율을 가질 수 있습니다. 즉, 적색 이하의 태양 에너지가 손실되고, 더 높은 색상의 추가 에너지도 손실됩니다.2층 셀의 경우 한 층은 1.64 eV로, 다른 층은 0.94 eV로 조정해야 하며 이론적인 성능은 44%입니다.3층 셀은 48%의 효율로 1.83, 1.16 및 0.71 eV로 조정해야 합니다.이론적인 "무한층" 셀은 확산광에 [11]대해 이론적으로 68.2%의 효율을 가진다.

발견된 새로운 태양 기술은 나노 기술을 중심으로 하지만, 현재 사용되는 몇 가지 다른 재료 방법이 있다.

비록(중합체와 생물 모방 기술 포함), 같은 양자 학적 점, tandem/multi-junction 세포, 중간 밴드 태양 cell,[12][13]hot-carrier 세포, 광자 업컨 버전과 downconversion 기술, 태양열 기술, thermoph 비 메모리 부문 기술 등이 포함된 3세대 라벨, 여러 기술을 흡수하고 있습니다.otonics,이 테크놀로지는 Green이 [14]3세대로 지목한 테크놀로지입니다.

또,[15] 이하도 포함됩니다.

  • 실리콘 나노 구조
  • 입사 스펙트럼(집광기 태양광 발전)을 수정하여 300–500 태양에 도달하고 32%(Sol3g 셀에서[16] 이미 달성) ~ +50%의 효율성을 달성한다.
  • 과도한 열발생(자외선에 의해 발생)을 사용하여 전압 또는 캐리어 수집을 강화합니다.
  • 야간 전력 생산을 위한 적외선 스펙트럼 사용.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Shockley, W.; Queisser, H. J. (1961). "Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells". Journal of Applied Physics. 32 (3): 510. Bibcode:1961JAP....32..510S. doi:10.1063/1.1736034.
  2. ^ Luque, Antonio; López Araujo, Gerardo (1990). Physical Limitations to Photovoltaic Energy Conversion. Bristol: Adam Hilger. ISBN 0-7503-0030-2.
  3. ^ Green, M. A. (2001). "Third generation photovoltaics: Ultra-high conversion efficiency at low cost". Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 9 (2): 123–135. doi:10.1002/pip.360.
  4. ^ Martí, A.; Luque, A. (1 September 2003). Next Generation Photovoltaics: High Efficiency through Full Spectrum Utilization. CRC Press. ISBN 978-1-4200-3386-1.
  5. ^ Conibeer, G. (2007). "Third-generation photovoltaics". Materials Today. 10 (11): 42–50. doi:10.1016/S1369-7021(07)70278-X.
  6. ^ "A new stable and cost-cutting type of perovskite solar cell". PHYS.org. 17 July 2014. Retrieved 4 August 2015.
  7. ^ "Spray-deposition steers perovskite solar cells towards commercialisation". ChemistryWorld. 29 July 2014. Retrieved 4 August 2015.
  8. ^ "Perovskite Solar Cells". Ossila. Retrieved 4 August 2015.
  9. ^ David Biello, "태양전지 효율 신기록 수립", Scientific American, 2009년 8월 27일
  10. ^ "Solar cell hits new world record with 44.7 percent efficiency". Retrieved 26 September 2013.
  11. ^ Green, Martin (2006). Third generation photovoltaics. New York: Springer. p. 66.
  12. ^ Luque, Antonio; Martí, Antonio (1997). "Increasing the Efficiency of Ideal Solar Cells by Photon Induced Transitions at Intermediate Levels". Physical Review Letters. 78 (26): 5014–5017. doi:10.1103/PhysRevLett.78.5014.
  13. ^ Weiming Wang; Albert S. Lin; Jamie D. Phillips (2009). "Intermediate band photovoltaic solar cell based on ZnTe:O". Appl. Phys. Lett. 95 (1): 011103. Bibcode:2009ApPhL..95a1103W. doi:10.1063/1.3166863.
  14. ^ Green, Martin (2003). Third Generation Photovoltaics: Advanced Solar Energy Conversion. Springer Science+Business Media. ISBN 978-3-540-40137-7.
  15. ^ UNSW School for Photovoltaic Engineering. "Third Generation Photovoltaics". Retrieved 20 June 2008.
  16. ^ Sol3g는 Azur Space에서 3중 접합 태양전지를 확보한다.

외부 링크