يوجد حاليًا العديد من المجموعات البحثية النشطة في مجال الخلايا الكهروضوئية في الجامعات ومؤسسات الأبحاث حول العالم. يمكن تصنيف هذا البحث إلى ثلاثة مجالات: جعل التقنية الحالية للخلايا الشمسية أرخص و / أو أكثر فعالية للتنافس بفاعلية مع مصادر الطاقة الأخرى. تطوير تقنيات جديدة مبنية على تصاميم معمارية لخلايا شمسية جديدة ؛ وتطوير مواد جديدة تعمل كمحولات طاقة أكثر كفاءة من الطاقة الضوئية إلى تيار كهربائي أو ممتصات ضوئية وحاملات شحن.
معالجة السيليكون
تتمثل إحدى طرق تقليل التكلفة في تطوير طرق أرخص للحصول على السيليكون النقي بشكل كافٍ. السيليكون عنصر شائع جدا ، لكنه مرتبط عادة بالسيليكا أو رمل السيليكا. إن معالجة السيليكا (SiO2) لإنتاج السيليكون هي عملية طاقة عالية للغاية – في كفاءات التيار ، يستغرق الأمر من سنة إلى سنتين لتوليد خلية شمسية تقليدية قدرًا كبيرًا من الطاقة كما كان يستخدم لصنع السيليكون الذي يحتوي عليه. إن طرق التوليف الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة ليست مفيدة للصناعة الشمسية فحسب ، بل للصناعات المحيطة بتكنولوجيا السيليكون ككل.
الإنتاج الصناعي الحالي للسيليكون يتم عن طريق التفاعل بين الكربون (الفحم) والسليكا عند درجة حرارة حوالي 1700 درجة مئوية. في هذه العملية ، والمعروفة باسم تخفيض carbothermic ، يتم إنتاج كل طن من السيليكون (الصف المعدنية ، حوالي 98 ٪ نقية) مع انبعاث حوالي 1.5 طن من ثاني أكسيد الكربون.
يمكن تحويل السيليكا الصلبة مباشرة (منخفضة) إلى السيليكون النقي بواسطة التحليل الكهربائي في حمام الملح المصهور بدرجة حرارة معتدلة إلى حد ما (800 إلى 900 درجة مئوية). في حين أن هذه العملية الجديدة من حيث المبدأ هي نفس عملية كامبريدج FFC التي تم اكتشافها لأول مرة في أواخر عام 1996 ، فإن اكتشاف المختبر المثير للاهتمام هو أن هذا السيليكون بالتحليل الكهربائي هو على شكل سيليكون مسامي يتحول بسهولة إلى مسحوق ناعم ، مع حجم جسيم من عدد قليل من الميكرومترات ، وبالتالي قد تقدم فرصًا جديدة لتطوير تقنيات الخلايا الشمسية.
ومن الأساليب الأخرى أيضًا تقليل كمية السيليكون المستخدمة وبالتالي التكلفة ، من خلال رقائق ميكروفيناتية صغيرة إلى طبقات شفافة جدًا ، يمكن استخدامها كغطاء معماري شفاف. تتضمن هذه التقنية أخذ رقاقة سيليكون ، بسماكة 1 إلى 2 مم ، وإنشاء عدد كبير من الشرائح العرضية المتوازية عبر الرقاقة ، مما يخلق عددًا كبيرًا من الشرائح التي يبلغ سمكها 50 ميكرومترًا وعرضًا يساوي سماكة رقاقة الأصلي. يتم تدوير هذه الشرائح بمقدار 90 درجة ، بحيث تصبح الأسطح المطابقة لأوجه الرقاقة الأصلية حواف الشقوق. وتتمثل النتيجة في تحويل ، على سبيل المثال ، رقاقة بقطر 150 مم ، بسماكة 2 مم ، مع مساحة سطح سليكون مكشوفة تبلغ حوالي 175 سم 2 لكل جانب إلى حوالي 1000 شريحة يبلغ أبعادها 100 مم × 2 مم × 0.1 مم ، مما يؤدي إلى إجمالي مساحة سطح السيليكون المكشوفة حوالي 2000 سم 2 لكل جانب. وكنتيجة لهذا التناوب ، فإن المنشطات الكهربائية والاتصالات الموجودة على وجه الرقاقة توجد عند حواف الشظية ، بدلاً من الأمام والخلف كما هو الحال في خلايا الرقاقات التقليدية. هذا له تأثير مثير للاهتمام لجعل الخلية الحساسة من كل من الجبهة والخلفية للخلية (خاصية تعرف باسم bifaciality). باستخدام هذه التقنية ، فإن رقاقة السيليكون واحدة تكفي لبناء لوحة بقدرة 140 وات ، بالمقارنة مع حوالي 60 رقاقة مطلوبة للوحدات التقليدية من نفس خرج الطاقة.
الخلايا الشمسية Nanocrystalline
تستفيد هذه الهياكل من بعض مواد امتصاص الضوء ذات الأغشية الرقيقة نفسها ولكنها تعلو كممتص رقيق للغاية على مصفوفة داعمة من البوليمر الموصّل أو أكسيد فلز mesoporous ذي مساحة سطح عالية جدًا لزيادة الانعكاسات الداخلية (وبالتالي تزيد الاحتمالية امتصاص الضوء). إن استخدام البلورات النانوية يسمح للمرء بتصميم البنى على طول المقاييس النانومترية ، وهو طول الانتشار الاستكشافي النموذجي. على وجه الخصوص ، الأجهزة النانوية (“القناة”) أحادية النواة ، مجموعة من الوصلات الفريدة بين الأقطاب الكهربائية وتفصلها فترة حول طول الانتشار ، تمثل بنية جديدة للخلايا الشمسية وكفاءة عالية محتملة.
معالجة الأغشية الرقيقة
يمكن للخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة أن تستخدم أقل من 1٪ من المواد الخام المكلفة (السيليكون أو غيرها من امتصاص الضوء) مقارنة بالخلايا الشمسية القائمة على رقاقة ، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في سعر كل قدرة ذروة واط. هناك العديد من مجموعات البحث حول العالم تبحث بنشاط في مقاربات الأفلام الرقيقة المختلفة و / أو المواد.
إحدى التقنيات الواعدة بشكل خاص هي الأغشية الرقيقة السيليكونية المتبلورة على ركائز الزجاج. تجمع هذه التقنية بين مزايا السيليكون البلوري كمواد لخلية شمسية (وفرة ، وغير سمية ، وكفاءة عالية ، واستقرار طويل المدى) مع توفير التكاليف باستخدام أسلوب الأغشية الرقيقة.
ومن الجوانب الأخرى المثيرة للاهتمام للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة إمكانية إيداع الخلايا على جميع أنواع المواد ، بما في ذلك المواد المرنة (PET على سبيل المثال) ، والتي تفتح بُعدًا جديدًا للتطبيقات الجديدة.
خلية شمسية متعددة الوصلات
اعتبارًا من ديسمبر 2014 ، تم تحقيق الرقم القياسي العالمي لكفاءة الخلايا الشمسية بنسبة 46٪ باستخدام الخلايا الشمسية المكثفة متعددة الوصلات ، والتي تم تطويرها من جهود التعاون من Soitec و CEA-Leti وفرنسا بالتعاون مع Fraunhofer ISE بألمانيا.
فاز المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) بأحد جوائز R & D 100 في R & D Magazine لخليفته الضوئية متعددة الوصلات Metamorphic Multigunction ، وهي خلية مرنة وخفيفة للغاية تعمل على تحويل الطاقة الشمسية بكفاءة قياسية.
وقد تم تطوير الخلية الشمسية عالية الإضاءة والكفاءة العالية في NREL ويتم تسويقها من قبل Emcore Corp. من Albuquerque، N.M. ، بالشراكة مع مديرية المركبات الفضائية لمختبر أبحاث القوات الجوية في قاعدة كيرتلاند الجوية في البوكيرك.
وهو يمثل فئة جديدة من الخلايا الشمسية ذات مزايا واضحة في الأداء والتصميم الهندسي والتشغيل والتكلفة. لعقود من الزمان ، ظهرت الخلايا التقليدية برقائق من مواد شبه موصلة ذات بنية بلورية مماثلة. يتم تقييد أدائها وفعاليتها من حيث التكلفة من خلال نمو الخلايا في شكل مستقيم. في هذه الأثناء ، تكون الخلايا جامدة وثقيلة وسميكة مع طبقة سفلية مصنوعة من الجرمانيوم.
في الطريقة الجديدة ، تتم زراعة الخلية رأسًا على عقب. تستخدم هذه الطبقات مواد عالية الطاقة ذات بلورات عالية الجودة للغاية ، خاصة في الطبقات العليا من الخلية حيث يتم إنتاج معظم الطاقة. لا تتبع كل الطبقات النمط الشبيكي حتى في الفراغ الذري. بدلاً من ذلك ، تشتمل الخلية على نطاق كامل من التباعد الذري ، مما يسمح بامتصاص أشعة الشمس واستخدامها بشكل أكبر. تتم إزالة طبقة الجرمانيوم السميكة والصلبة ، مما يقلل من تكلفة الخلية و 94٪ من وزنها. من خلال تحويل النهج التقليدي للخلايا الموجودة على رأسه ، تكون النتيجة عبارة عن خلية مرنة وخفيفة للغاية تقوم أيضًا بتحويل الطاقة الشمسية بكفاءة قياسية (40.8٪ تحت 326 تركيز شمسي).
معالجة البوليمر
اختراع البوليمرات الموصلة (التي حصل آلان هيجير ، آلان ج. ماكديرميد وهاديكي شيراكاوا على جائزة نوبل) قد تؤدي إلى تطوير خلايا أرخص بكثير تعتمد على مواد بلاستيكية رخيصة. ومع ذلك ، فإن الخلايا الشمسية العضوية تعاني عمومًا من التدهور عند التعرض لضوء الأشعة فوق البنفسجية ، ومن ثم يكون عمرها أقصر من أن يكون قابلاً للتطبيق. وتكون الروابط الموجودة في البوليمرات عرضة للانفصال عند إشعاعها بأطوال موجية أقصر. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أنظمة الرابطة المزدوجة المقترنة في البوليمرات التي تحمل الشحنة ، تتفاعل بسهولة أكبر مع الضوء والأكسجين. لذلك فإن معظم البوليمرات الموصلة ، التي تكون غير مشبعة إلى حد كبير ومتفاعلة ، شديدة الحساسية للرطوبة والأكسدة في الغلاف الجوي ، مما يجعل التطبيقات التجارية صعبة.
معالجة الجسيمات النانوية
يمكن إنشاء ألواح شمسية غير سيليكونية تجريبية من بنية غير متجانسة كمثال ، على سبيل المثال ، الأنابيب النانوية الكربونية أو النقاط الكمومية ، والمضمنة في البوليمرات الموصلة أو أكاسيد المعادن mesoporous. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للأغشية الرقيقة للعديد من هذه المواد على الخلايا الشمسية التقليدية من السيليكون أن تزيد من كفاءة الاقتران الضوئي في خلية السيليكون ، مما يعزز الكفاءة الكلية. من خلال تغيير حجم النقاط الكمومية ، يمكن ضبط الخلايا لامتصاص الأطوال الموجية المختلفة. على الرغم من أن البحث لا يزال في مراحله الأولى ، قد تتمكن الخلايا الفولطية الضوئية المعدلة نقطة من تحقيق كفاءة تحويل الطاقة بنسبة تصل إلى 42٪ بسبب توليد الإيثيلين المتعدد (MEG).
وجد باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة لاستخدام الفيروس لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية بمقدار الثلث.
الموصلات شفافة
تستخدم العديد من الخلايا الشمسية الجديدة أغشية رقيقة شفافة والتي هي أيضًا موصلات للشحنة الكهربائية. الأغشية الرقيقة الموصلة المسيطرة المستخدمة في البحث الآن هي أكاسيد موصلة شفافة (مختصر “TCO”) ، وتشمل أكسيد القصدير المشبع بالفلور (SnO2: F ، أو “FTO”) ، وأكسيد الزنك المنقع (على سبيل المثال: ZnO: Al) ، و أكسيد القصدير الإنديوم (اختصار “ITO”). وتستخدم هذه الأفلام الموصلة أيضًا في صناعة شاشات الكريستال السائل لشاشات العرض المسطحة. تسمح الوظيفة المزدوجة من TCO للضوء بالمرور عبر نافذة الركيزة إلى المادة النشطة الممتصة للضوء تحتها ، كما أنها تعمل كجهة اتصال أومية لنقل ناقلات الشحن الضوئي المموهة بعيدًا عن تلك المادة الممتصة للضوء. تعتبر مواد TCO الحالية فعالة في البحث ، ولكن ربما لم يتم تحسينها بعد للإنتاج الكهروضوئي على نطاق واسع. وهي تتطلب ظروف ترسيب خاصة جدًا عند الفراغ العالي ، ويمكنها في بعض الأحيان أن تعاني من ضعف القوة الميكانيكية ، ومعظمها لديها نفاذية ضعيفة في جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف (على سبيل المثال: يمكن استخدام أفلام ITO الرقيقة أيضًا كمرشحات للأشعة تحت الحمراء في نوافذ الطائرات). هذه العوامل تجعل التصنيع على نطاق واسع أكثر تكلفة.
ظهرت منطقة جديدة نسبياً باستخدام شبكات أنابيب الكربون النانوية كموصل شفاف للخلايا الشمسية العضوية. شبكات Nanotube مرنة ويمكن وضعها على الأسطح بطرق متنوعة. مع بعض العلاج ، يمكن لأفلام الأنابيب النانوية أن تكون شفافة للغاية في الأشعة تحت الحمراء ، مما قد يتيح خلايا شمسية فعالة ذات فجوة منخفضة. شبكات Nanotube عبارة عن موصلات من النوع p ، في حين تكون الموصلات التقليدية الشفافة من النوع n حصريًا. إن توفر موصل شفاف من النوع p يمكن أن يؤدي إلى تصاميم خلايا جديدة تبسط التصنيع وتحسن الكفاءة.
الخلايا الشمسية القائمة على رقاقة السيليكون
على الرغم من المحاولات العديدة لإنتاج خلايا شمسية أفضل باستخدام مواد جديدة وغريبة ، فإن الواقع هو أن سوق الخلايا الفولتية الضوئية لا تزال تهيمن عليها الخلايا الشمسية القائمة على رقاقة السيليكون (الجيل الأول من الخلايا الشمسية). وهذا يعني أن معظم الشركات المصنعة للخلايا الشمسية مجهزة حاليًا لإنتاج هذا النوع من الخلايا الشمسية. وبالتالي ، يتم إجراء مجموعة كبيرة من الأبحاث في جميع أنحاء العالم لتصنيع الخلايا الشمسية القائمة على رقاقة السيليكون بتكلفة أقل وزيادة كفاءة التحويل دون زيادة كبيرة في تكلفة الإنتاج. الهدف النهائي لكل من المفهومين الكهروضوئيين المبني على البسكويت الرقيق والبديل هو إنتاج الكهرباء الشمسية بتكلفة يمكن مقارنتها بالفحم الحالي المسيطر بالسوق ، والغاز الطبيعي ، والطاقة النووية من أجل جعله مصدر الطاقة الأولي الرئيسي. ولتحقيق ذلك ، قد يكون من الضروري خفض تكلفة الأنظمة الشمسية المركبة من حوالي 1.80 دولارًا أمريكيًا (لتقنيات Si) إلى حوالي 0.50 دولار أمريكي لكل طاقة ذروة واط. نظرًا لأن جزءًا كبيرًا من التكلفة النهائية لوحدة السليكون التقليدية يعتمد على التكلفة العالية للمادة الأولية لسيليكون الطبقة الشمسية (حوالي 0.4 دولار / وات) ، يوجد محرك كبير لجعل خلايا Si الشمسية أرق (وفورات مادية) أو لجعل الخلايا الشمسية من السيليكون المعدني أرخص ترقية (ما يسمى ب “سي قذر”).
تمتلك شركة IBM عملية استصلاح رقاقة الويفر التي تستخدم تقنية إزالة نمط متخصصة لإعادة صياغة رقائق الخردة شبه الموصلة إلى نموذج يستخدم في تصنيع الألواح الشمسية القائمة على السيليكون. وقد مُنحت العملية الجديدة مؤخراً “جائزة أفضل منع للتلوث لعام 2007” من المائدة المستديرة الوطنية لمنع التلوث (NPPR).
الخلايا الشمسية بالأشعة تحت الحمراء
ابتكر الباحثون في مختبر أيداهو القومي ، إلى جانب شركاء في شركة Lightwave Power Inc. في كامبريدج ، إم إيه وباتريك بينيرو من جامعة ميسوري ، طريقة غير مكلفة لإنتاج صفائح بلاستيكية تحتوي على مليارات من النانانينات التي تجمع الطاقة الحرارية الناتجة عن الشمس وغيرها المصادر ، التي حصلت على جائزتي Nano50 لعام 2007. توقفت الشركة عن العمل في عام 2010. في حين لا تزال هناك حاجة لتطوير أساليب لتحويل الطاقة إلى كهرباء قابلة للاستخدام ، يمكن تصنيع الملاءات في يوم ما على أنها “جلود” خفيفة الوزن تعمل على إمداد كل شيء من السيارات الهجينة إلى أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الآي بود بكفاءة أعلى من الطاقة الشمسية التقليدية الخلايا. يستهدف nanoantennas الأشعة تحت الحمراء في منتصفه ، والتي تشع الأرض باستمرار كحرارة بعد امتصاص الطاقة من الشمس خلال النهار ؛ كما يمكن لصفائح nanoantna مزدوجة الجوانب حصاد الطاقة من أجزاء مختلفة من طيف الشمس. في المقابل ، يمكن للخلايا الشمسية التقليدية فقط استخدام الضوء المرئي ، مما يجعلها عاطلة بعد حلول الظلام.
الخلايا الشمسية فوق البنفسجية
نجح المعهد الوطني الياباني للعلوم الصناعية المتقدمة (AIST) في تطوير خلية شمسية شفافة تستخدم الضوء فوق البنفسجي لتوليد الكهرباء ولكنها تسمح للضوء المرئي بالمرور خلالها. تستخدم معظم الخلايا الشمسية التقليدية الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء لتوليد الكهرباء. تستخدم هذه المساحة لتحل محل زجاج النوافذ التقليدي ، وقد تكون مساحة سطح التركيب كبيرة ، مما يؤدي إلى استخدامات محتملة تستفيد من الوظائف المجمعة لتوليد الطاقة والإضاءة والتحكم في درجة الحرارة.
وقد تحقق هذا النظام الشفاف الممتص للأشعة فوق البنفسجية باستخدام تركيبة هيدروجينية عضوية غير عضوية مصنوعة من بوليمر أشباه الموصلات من النوع p-PEDOT: PSS فيلم مودع على ركيزة تيتانات السترونتيوم. PEDOT: يصنع PSS بسهولة في الأغشية الرقيقة بسبب ثباته في الهواء وقابليته للذوبان في الماء. يتم تنشيط هذه الخلايا الشمسية فقط في منطقة الأشعة فوق البنفسجية وينتج عنها عائد كمي مرتفع نسبياً من 16٪ إلكترون / فوتون. يشمل العمل المستقبلي في هذه التكنولوجيا استبدال طبقة تيتانات السترونتيوم مع طبقة تيتانات السترونتيوم المودعة على ركيزة زجاجية من أجل تحقيق تصنيع منخفض التكلفة وكبير المساحة.
ومنذ ذلك الحين ، تم اكتشاف طرق أخرى لتشمل الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية في توليد الطاقة الشمسية. بعض الشركات تبلغ عن استخدام فوسفور النانو كطلاء شفاف لتحويل ضوء الأشعة فوق البنفسجية إلى ضوء مرئي. وأبلغ آخرون عن توسيع نطاق الامتصاص للخلايا الكهروضوئية ذات الوصلة الواحدة عن طريق شد فجوة أشباه موصلات شفافة واسعة النطاق مثل GaN باستخدام معادن انتقالية مثل المنغنيز.
أبحاث الخلايا الشمسية المرنة
أبحاث الخلايا الشمسية المرنة هي تقنية على مستوى الأبحاث ، مثال على ذلك تم إنشاؤه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الذي يتم فيه تصنيع الخلايا الشمسية عن طريق ترسيب المواد الضوئية على ركائز مرنة ، مثل الورق العادي ، باستخدام تكنولوجيا ترسيب البخار الكيميائي. تم تطوير تقنية تصنيع الخلايا الشمسية على الورق من قبل مجموعة من الباحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بدعم من مؤسسة العلوم الوطنية وبرنامج تحالف Eni-MIT Alliance Solar Frontiers.
الخلايا الشمسية ثلاثية الأبعاد
خلايا شمسية ثلاثية الأبعاد تلتقط تقريبًا كل الضوء الذي يضربها ويمكن أن تعزز كفاءة الأنظمة الضوئية مع تقليل حجمها ووزنها وتعقيدها الميكانيكي. الخلايا الشمسية ثلاثية الأبعاد الجديدة ، التي تم إنشاؤها في معهد أبحاث تكنولوجيا جورجيا ، تلتقط الفوتونات من ضوء الشمس باستخدام مجموعة من البنايات “البرج” المصغرة التي تشبه المباني الشاهقة في شبكة شارع المدينة. تعتزم شركة Solar3D، Inc. تسويق مثل هذه الخلايا ثلاثية الأبعاد ، لكن تقنيتها حاليًا في انتظار الحصول على براءة اختراع.
مركزات الطاقة الشمسية الانارة
تقوم وحدات التركيز الشمسية الانارة بتحويل أشعة الشمس أو مصادر الضوء الأخرى إلى ترددات مفضلة ؛ يركزون الناتج للتحويل إلى أشكال الطاقة المرغوبة ، مثل الكهرباء. يعتمدون على التلألؤ ، عادة الفلورة ، في وسائل الإعلام مثل السوائل ، والنظارات ، أو البلاستيك تعامل مع طلاء مناسب أو dopant. يتم تكوين الهياكل لتوجيه الإخراج من منطقة إدخال كبيرة إلى محول صغير ، حيث تعمل الطاقة المركزة على توليد الطاقة الكهروضوئية. الهدف هو جمع الضوء على مساحة كبيرة بتكلفة منخفضة ؛ يمكن صنع ألواح المكثف الإنارة بسعر رخيص من المواد مثل الزجاج أو البلاستيك ، بينما الخلايا الضوئية هي أجهزة عالية الدقة وعالية التقنية ، وبناءً عليه ، تكون باهظة الثمن في البناء بأحجام كبيرة.
الأبحاث جارية في جامعات مثل جامعة رادبود نيميجن وجامعة ديلفت للتكنولوجيا. على سبيل المثال ، طور الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مقاربات لتحويل النوافذ إلى مركّبات ضوء الشمس لتوليد الكهرباء. يرسمون خليط من الأصباغ على لوح من الزجاج أو البلاستيك. تمتص الأصباغ ضوء الشمس وتعيد إطلاقه كمضان داخل الزجاج ، حيث يتم حصره عن طريق الانعكاس الداخلي ، الذي يظهر عند حواف الزجاج ، حيث يصادف الخلايا الشمسية الأمثل لتحويل ضوء الشمس المركز هذا. يبلغ معامل التركيز حوالي 40 ، وينتج التصميم البصري مركّزًا شمسيًا ، على عكس التركيز المركّز على العدسة ، لا يلزم توجيهه بدقة عند الشمس ، ويمكن أن ينتج خرجًا حتى من الضوء المنتشر. تعمل Covalent Solar على تسويق العملية.
ارء
المواد المتشابكة هي مواد غير متجانسة تستخدم تقاربا للعديد من العناصر المجهرية ، مما يؤدي إلى ظهور خصائص غير مرئية في المواد الصلبة العادية. باستخدام هذه ، قد يصبح من الممكن تشكيل الخلايا الشمسية الممتازة الممتازة عبر نطاق ضيق من الأطوال الموجية. وقد ثبت امتصاص عالية في نظام الميكروويف ، ولكن ليس بعد في نظام الطول الموجي 300-1100 نانومتر.
هجين حراري ضوئي
تجمع بعض الأنظمة الضوئية مع الطاقة الشمسية الحرارية ، مع ميزة أن الجزء الشمسي الحراري يحمل الحرارة بعيدا ويبرد الخلايا الضوئية. تقليل درجة الحرارة يقلل من المقاومة ويحسن كفاءة الخلية.
الخلايا الكهروضوئية القائمة على Penta
يُزعم أن الخلايا الكهروضوئية القائمة على Pentacene تعمل على تحسين معدل كفاءة الطاقة إلى 95٪ ، مما يضاعف فعالية تقنيات اليوم الأكثر فعالية.
الفرقة المتوسطة
توفر الخلايا الكهروضوئية ذات النطاق المتوسط في أبحاث الخلايا الشمسية طرقًا لتجاوز حد Shockley – Queisser على كفاءة الخلية. وهو يقدم مستوى طاقة وسيطة (IB) بين نطاقات التكافؤ والتوصيل. من الناحية النظرية ، فإن إدخال IB يسمح بفوتوني طاقة أقل من فجوة نطاقها لإحداث إلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل. هذا يزيد من photocurrent المستحثة وبالتالي الكفاءة.
اشتق لوكي و مارتي أولاً حدًا نظريًا لجهاز IB ، مع مستوى طاقة متوسط واحد يستخدم ميزانًا تفصيليًا. افترضوا أنه لم يتم جمع أي ناقلات في المكتب الدولي وأن الجهاز كان تحت التركيز الكامل. ووجدوا أن أقصى كفاءة هي 63.2٪ ، للحصول على فجوة نطاقية قدرها 1.95eV مع IB 0.71eV من نطاق التكافؤ أو التوصيل. تحت ضوء الشمس واحد الكفاءة الحدودي هو 47 ٪.