Wetenschappers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) hebben een zonnecel gefabriceerd met een efficiëntie van bijna 50%.

De zonnecel met zes knooppunten heeft nu het wereldrecord voor de hoogste zonneconversie-efficiëntie van 47,1%, die werd gemeten onder geconcentreerde verlichting. Een variatie van dezelfde cel zette ook het efficiëntierecord onder één-zonverlichting op 39,2%.

"Dit apparaat demonstreert echt het buitengewone potentieel van multijunction-zonnecellen, " zei John Geisz, een hoofdwetenschapper in de High-Efficiency Crystalline Photovoltaics Group bij NREL en hoofdauteur van een nieuw artikel over de record-setting cel.

De krant, "Zes-junction III-V-zonnecellen met een conversie-efficiëntie van 47,1% onder een concentratie van 143 zonnen, " verschijnt in het journaal Natuur Energie . De co-auteurs van Geisz zijn NREL-wetenschappers Ryan France, Kevin Schulte, Myles Steiner, Andreas Norman, Harvey Guthrey, Matthijs Jong, Tao-lied, en Thomas Moriarty.

Om het apparaat te bouwen, NREL-onderzoekers vertrouwden op III-V-materialen - zo genoemd vanwege hun positie in het periodiek systeem - die een breed scala aan lichtabsorptie-eigenschappen hebben. Elk van de zes knooppunten van de cel (de fotoactieve lagen) is speciaal ontworpen om licht van een specifiek deel van het zonnespectrum op te vangen. Het apparaat bevat in totaal ongeveer 140 lagen van verschillende III-V-materialen om de prestaties van deze verbindingen te ondersteunen, en toch is het drie keer smaller dan een mensenhaar. Vanwege hun zeer efficiënte karakter en de kosten die gepaard gaan met het maken ervan, III-V-zonnecellen worden meestal gebruikt om satellieten van stroom te voorzien, die de ongeëvenaarde prestaties van III-V prijzen.

Op aarde, echter, de zes-junction zonnecel is zeer geschikt voor gebruik in concentrator fotovoltaïsche, zei Ryan Frankrijk, co-auteur en wetenschapper in de III-V Multijunctions Group bij NREL.

"Een manier om de kosten te verlagen, is door het benodigde gebied te verkleinen, " hij zei, "en dat kun je doen door een spiegel te gebruiken om het licht op te vangen en het licht tot een punt te concentreren. Dan kun je wegkomen met een honderdste of zelfs een duizendste van het materiaal, vergeleken met een vlakke plaat silicium cel. Je gebruikt veel minder halfgeleidermateriaal door het licht te concentreren. Bijkomend voordeel is dat het rendement omhoog gaat naarmate je het licht concentreert."

Frankrijk beschreef het potentieel voor de zonnecel om de 50% efficiëntie te overschrijden als "eigenlijk zeer haalbaar", maar die 100% efficiëntie kan niet worden bereikt vanwege de fundamentele limieten die worden opgelegd door de thermodynamica.

Geisz zei dat momenteel de belangrijkste onderzoekshindernis om de efficiëntie van 50% te bereiken, het verminderen van de resistieve barrières in de cel is die de stroomstroom belemmeren. In de tussentijd, hij merkt op dat NREL ook sterk betrokken is bij het verlagen van de kosten van III-V-zonnecellen, nieuwe markten voor deze zeer efficiënte apparaten mogelijk te maken.