Multi-junction zonnecellen zijn zowel het meest efficiënte type zonnecel dat momenteel op de markt is als het duurste type zonnecel om te produceren. In een proof-of-concept paper, onderzoekers van de North Carolina State University beschrijven een nieuwe benadering voor het maken van multi-junction zonnecellen met gebruikmaking van kant-en-klare componenten, wat resulteert in lagere kosten, hoogrenderende zonnecellen voor gebruik in meerdere toepassingen.

Multi-splitsing, of gestapeld, zonnecellen zijn momenteel de meest efficiënte cellen op de markt, tot 45% van de zonne-energie die ze absorberen omzetten in elektriciteit. De cellen worden geconstrueerd door halfgeleiders met variërende bandafstanden op elkaar te stapelen, waardoor de cel verschillende golflengten van zonnestraling kan absorberen. Echter, deze cellen zijn veel duurder om te produceren dan minder efficiënte dunne zonnefilms.

"We willen zonnecellen met een hoog rendement maken tegen een redelijke prijs, " zegt Salah Bedair, Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering bij NC State en hoofdauteur van het onderzoek. "Op silicium gebaseerde dunne zonnecellen zijn erg populair omdat het materiaal ongeveer 20% efficiëntie heeft en de cellen ongeveer 1/10 kosten ^e wat een multi-junction zonnecel kost. En andere lage kosten, materialen met een lager rendement winnen ook aan populariteit. Als we met deze bestaande technologie gestapelde zonnecellen zouden kunnen maken, zouden we goed op weg zijn om ons doel te bereiken."

Echter, je kunt niet zomaar verschillende zonnecellen op elkaar stapelen - de verschillende materialen zijn structureel onverenigbaar, en dus kunnen er geen kosten doorheen gaan om te worden geïnd. Om dat probleem in de huidige multi-junction zonnecellen op te lossen, worden zwaar gedoteerde metalen gebruikt om een ​​tunnelovergang tussen de verschillende lagen te creëren - wat aanzienlijke kosten en complexiteit toevoegt aan de creatie van de multi-junction zonnecel.

Bedair en zijn team ontwikkelden een eenvoudigere aanpak, gebruikmakend van intermetallische binding om zonnecellen van verschillende materialen te binden. In een proof-of-concept, het team stapelde een kant-en-klare galliumarsenide-zonnecel op een siliciumzonnecel.

"In zonnecellen met meerdere juncties maakt de tunneljunctie elektrische connectiviteit mogelijk door te werken als een metaal-op-metaalverbinding, " zegt Bedair. "In ons systeem, indium dient als een kortere weg daarvoor. De bestaande metalen contacten van de afzonderlijke cellen zijn bedekt met indiumfilms. De indiumfilms hechten bij kamertemperatuur en onder lage druk gemakkelijk aan zichzelf. Het resultaat is een zonnecel van twee verschillende materialen die mechanisch gestapeld en elektrisch met elkaar verbonden is.

"Met deze techniek kunnen we profiteren van goedkope, kant-en-klare oplossingen zonder alle nieuwe technologie te hoeven ontwikkelen. Fabrikanten zouden hun bestaande producten eenvoudig iets kunnen aanpassen om hun efficiëntie in multi-junction zonnecellen te verhogen, in plaats van nieuwe producten te moeten maken."

De krant, "A New Approach for Multi-Junction Solar Cells from Off-the-Shelf Individual Cells:GaAs/Si" werd gepresenteerd op de IEEE Photostatic Specialist Meeting op 19 juni in Chicago, IL. Op het werk is een octrooiaanvraag ingediend.