Az Université de Sherbrooke csapata 2,39V-os nyitott áramköri feszültségű, rekordot jelentő napelemeket fejlesztett ki. A napelemeket indium-gallium-foszfid (InGaP), indium-gallium-arzenid (InGaAs) és germánium (Ge) felhasználásával állították elő. Két méretet alkalmaztak alacsony ellenállású érintkezők, plazmamaratás és tükröződésgátló rétegek alkalmazásával. Az egyik 0,25 mm²-es cella 2,39 V-os, a másik 0,04 mm²-es cella 2,28 V-os nyitott áramköri rekordfeszültséget ért el. A cellákat szabványos fényviszonyok mellett tesztelték, a 0,25 mm²-es cella 30,61 százalékos hatékonyságot ért el.

Mint látható, ezek a cellák nagyon aprók, és ez nem véletlen, mert a mikrométer méretű napelemeket a koncentrált fotovoltaikában (CPV) való alkalmazásra szánják. A CPV technológia lencséket vagy tükröket használ a napfény napelemre való fókuszálása érdekében. Miközben ez a megvalósítás hatékonyabb napelemes energiatermelést jelent, hiszen a tükrökkel a fény széles tartományát képesek befogni az ultraibolyától az infravörös közepéig, a hozzáadott lencsék megnövelik a CPV rendszerek árát a hagyományos, szillíciumalapú napelemrendszerekhez képest, így az elfogadottságuk még korlátozott. 

A CPV-cellák miniatürizálása milliméter alatti méretre ígéretesnek tűnik, mivel jobb hőkezelést és csökkentett energiaveszteséget kínálnak. A kisebb cellák azonban olyan kihívásokkal szembesülnek, mint a megnövekedett peremhibák, amelyek csökkentik a feszültséget. A plazmamaratás, különösen hidrogénnel, minimalizálja ezeket a hibákat és növeli a hatékonyságot. Az eljárással különböző méretű és alakú napelemek hozhatók létre, beleértve a négyzet, a kör, a háromszög, sőt a juharleveles kialakításúakat is. A méretek 12,25 mm²-től egészen 0,01 mm²-ig terjednek, minimális anyagveszteséggel, ami biztosítja a hatékony felhasználást. Olyannyira, hogy a CPV-napelemek hatásfokának eddigi rekordja 39,5 százalék volt, míg a kanadai napelem koncentrált napfény esetén 44,4 százalék feletti hatásfokot ért el.

Szakértők szerint a CPV-s napelem rendszerek nem csak egyre kisebb méretűek lesznek, de egyre önállóbban is képesek lesznek ellátni a használójuk igényeit, illetve a hatásfokuk is egyre nagyobb lesz. Egyes számítások szerint hosszútávon egy CPV rendszer költségei elég alacsonyak maradnak ahhoz, hogy a rendkívül napsütötte régiókban – ahol a napi közvetlen normál besugárzás (DNI) több mint 6,0 kilowattóra négyzetméterenként – versenyt jelentsenek a hagyományos napelemeknek nagy kereskedelmi erőművekben.

Forrás: Interesting Engineering

A borítókép illusztráció, forrás: Adobe Stock