211service.com
Alta Devices breekt zonnecelrecord
Een startup die al enkele jaren in stealth-modus werkt, zegt dat het een recordrendement van 28,2 procent van de zonnecellen heeft behaald, in de buurt van het theoretische maximum van 33,5 procent. Het cijfer is ongeveer 2 procentpunten hoger dan een record van vorig jaar - een grote vooruitgang in een sector die verbeteringen doorgaans in tienden van een procent meet. Alta Devices, opgericht in 2007 en gevestigd in Santa Clara, Californië, zegt dat zijn innovatieve technieken zich lenen voor grootschalige productie.
Het verbeteren van de efficiëntie is essentieel als zonne-energie wil concurreren met fossiele brandstoffen. Het verhogen van het vermogen van individuele zonnecellen vermindert het aantal cellen dat nodig is per installatie en verlaagt ook de kosten van zaken als installatie, bedrading en elektronica voor het aansluiten van de panelen op het net.
Onderzoekers van Alta Devices werkten met galliumarsenide om de inherente eigenschappen te verbeteren die het bijna een ideaal zonnecelmateriaal maken, zegt Harry Atwater, hoogleraar toegepaste fysica bij Caltech en medeoprichter van het bedrijf. Wanneer een zonnecel zonlicht absorbeert, genereert een deel van de energie in het zonlicht elektronen die snel uit de cel worden gehaald om elektriciteit te maken. Als de elektronen niet snel genoeg worden geëxtraheerd, vervallen ze en geven ze hun energie af in de vorm van warmte of licht. Het verliezen van energie als warmte vermindert zowel de spanning als de hoeveelheid stroom die de cel kan maken, waardoor het uitgangsvermogen afneemt. Maar als het elektron in plaats daarvan licht produceert, kan het licht opnieuw worden geabsorbeerd door de zonnecel om een ander elektron te genereren, waardoor de energie in zonlicht nog een kans krijgt om elektriciteit te worden.
In galliumarsenide produceren bijna alle elektronen licht in plaats van warmte. In de hoogwaardige voorbeelden van het materiaal kan de cyclus van lichtproductie en reabsorptie 100 keer per inkomend foton plaatsvinden, wat een grote kans biedt dat een geproduceerd elektron uiteindelijk zal worden geëxtraheerd om elektriciteit op te wekken. Om de recordefficiëntie van zonnecellen te bereiken, ontwikkelden de onderzoekers van Alta Devices chemische behandelingen voor scheuren in het materiaal, die anders de neiging hebben elektronen vast te houden en ervoor te zorgen dat ze hun energie als warmte afgeven. Ze hebben ook gewerkt aan het verbeteren van een oppervlak aan de achterkant van de cel om ervoor te zorgen dat de gegenereerde fotonen worden teruggekaatst in het materiaal, waardoor de kans groter wordt dat ze elektriciteit zullen opwekken.
Het is opmerkelijk dat de onderzoekers een hoge efficiëntie konden bereiken met technieken die volgens Atwater in goedkope productie zouden kunnen worden gebruikt. Gallium-arsenide-zonnecellen zijn duur om te produceren omdat ze zijn gemaakt van zeer hoogwaardige halfgeleiderwafels, vergelijkbaar met die in computerchips. Om kosten te besparen, gebruikt Alta Devices een techniek genaamd epitaxiale liftoff, waarvan een vroege versie werd ontwikkeld door de medeoprichter van Alta Devices. Eli Yablonovitch in 1980. In de huidige versie van de techniek wordt de wafel gebruikt als sjabloon om zeer dunne lagen kristallijn materiaal te laten groeien tot een zonnecel. Deze lagen worden vervolgens door middel van chemisch etsen van de wafer losgemaakt en eraf getild, waardoor de wafer opnieuw kan worden gebruikt.
Atwater zegt dat het bedrijf werkt aan het verbeteren van de epitaxiale lancering en aan het ontwikkelen van betere manieren om de kristallijne lagen op de wafer te laten groeien. De huidige methode, chemische dampdepositie genaamd, is te traag om goedkope zonnecellen te maken.
De hoogefficiënte cellen die Alta Devices heeft geproduceerd, zijn kleine, eenmalige apparaten. De grotere zonnepanelen van het bedrijf hebben een lager rendement: ongeveer 21 procent. Als bedrijven overschakelen op productie met hoge doorvoer, daalt de efficiëntie doorgaans met verschillende punten. Alta Devices moet ook aantonen dat de hoogrenderende cellen tientallen jaren meegaan wanneer ze worden blootgesteld aan de elementen zonder een significante verslechtering van hun prestaties.