제 3 세대 광전지

3 세대 태양 광 전지는 단일 밴드 갭 태양 전지에 대해 31-41 %의 전력 효율의 Shockley-Queisser 한계를 잠재적으로 극복 할 수있는 태양 전지입니다. 여기에는 반도체 pn 접합 ( “1 세대”) 및 박막 셀 ( “2 세대”)으로 만들어진 셀에 대한 다양한 범위가 포함됩니다. 일반적인 제 3 세대 시스템에는 비정질 실리콘 또는 갈륨 아세 나이드로 만든 다중 레이어 ( “직렬”) 셀이 포함되지만 이론적 인 발전에는 주파수 변환이 포함됩니다 (즉 셀이 빛의 주파수에 사용할 수없는 빛의 주파수를 변경하면 셀 사용 – 더 많은 전력 생산), 핫 캐리어 효과 및 기타 다중 캐리어 방출 기술.

신흥 태양 전지는 다음과 같습니다 :

구리 아연 주석 황화물 태양 전지 (CZTS) 및 유도 물질 CZTSe 및 CZTSSe
“Grätzel 셀”이라고도하는 염료 감응 형 태양 전지
유기 태양 전지
페 로브 스카이 트 태양 전지
양자점 태양 전지

특히 페 로브 스카이 트 세포 연구의 성과는 최근 연구 효율성이 20 % 이상으로 급상승하면서 대중에게 엄청난 관심을 받았다. 또한 다양한 저비용 애플리케이션을 제공합니다. 또한 신흥 기술인 집광기 광전지 (CPV)는 광학 렌즈 및 추적 시스템과 함께 고효율 다중 접합 태양 전지를 사용합니다.

기술
태양 전지는 무선 수신기의 가시 광선 대응 물로 생각할 수 있습니다. 리시버는 세 가지 기본 파트로 구성됩니다. 전파 (빛)를 안테나 재료의 전자의 파동 운동으로 변환하는 안테나, 전자가 안테나의 끝에서 튀어 오를 때 전자를 트랩하는 전자 밸브 및 선택한 주파수의 전자를 증폭하는 튜너가 있습니다. 광학 렉 테나로 알려진 시스템 인 라디오와 동일한 태양 전지를 만드는 것이 가능하지만 현재까지는 실용적이지 못했습니다.

대부분의 태양 전기 시장은 실리콘 기반 장치로 구성됩니다. 실리콘 셀에서 실리콘은 전자 밸브뿐만 아니라 안테나 (또는 ​​전자 공여체, 기술적으로) 역할을합니다. 실리콘은 널리 사용 가능하며 상대적으로 저렴하며 태양열 집적에 이상적인 밴드 갭을 가지고 있습니다. 단점은 대량으로 실리콘을 생산하는 데 에너지가 많이 들고 경제적으로 많은 비용이 들며 필요한 양을 줄이기 위해 많은 노력을 기울여야한다는 것입니다. 또한 기계적으로 약하고 일반적으로 기계적지지 및 요소로부터의 보호로 사용되는 강한 유리 시트가 필요합니다. 유리만으로도 일반적인 태양 광 모듈 비용의 상당 부분을 차지합니다.

Shockley-Queisser 한계에 따르면, 전지의 이론 효율의 대다수는 밴드 갭과 태양 광자 사이의 에너지 차이 때문입니다. 밴드 갭보다 더 많은 에너지를 가진 광자는 광 여기를 유발할 수 있지만, 밴드 갭 에너지를 초과하는 에너지는 손실됩니다. 태양 스펙트럼을 고려해보십시오. 땅에 도달하는 빛의 단지 작은 부분 만 파란색이지만, 그 광자는 붉은 빛의 3 배의 에너지를 가지고 있습니다. 실리콘의 밴드 갭은 적색광에 비해 1.1eV이므로이 경우 파란색광의 에너지는 실리콘 셀에서 손실됩니다. 밴드 갭이 더 높게, 즉 청색으로 조정된다면, 이제 에너지는 포획되지만, 낮은 에너지 광자를 거부하는 비용으로 만 포착됩니다.

“직렬 셀 (tandem cell)”또는 “다중 접합 (multi-junction)”접근법을 사용하여 서로 다른 밴드 갭을 갖는 물질의 얇은 층을 적층함으로써 단일 접합 셀을 크게 향상시킬 수 있습니다. 전통적인 실리콘 준비 방법은 이러한 접근 방식에 적합하지 않습니다. 비정질 실리콘의 얇은 막이 Uni-Solar의 제품에 사용되었지만 다른 문제로 인해 기존 셀의 성능과 일치하지 못했습니다. 대부분의 직렬 형 셀 구조는 고성능 반도체, 특히 갈륨 아세 나이드 (GaAs)를 기반으로합니다. 3 층 GaAs 전지는 실험 예에서 41.6 %의 효율을 나타 냈습니다. 2013 년 9 월 4 층 셀의 효율성은 44.7 %에 도달했습니다.

수치 분석에 따르면 “완벽한”단층 태양 전지는 1.13eV의 밴드 갭을 가져야하며 이는 실리콘과 거의 동일합니다. 이러한 셀은 33.7 %의 최대 이론 전력 변환 효율을 가질 수 있습니다 – 적색 (적외선) 아래의 태양 광 전력이 손실되고 높은 색의 여분의 에너지도 손실됩니다. 2 층 셀의 경우, 한 층은 1.64eV로 조정되어야하고 다른 층은 0.94eV로 조정되어야하며 이론적 성능은 44 %입니다. 3 층 전지는 1.83, 1.16 및 0.71 eV로 조정해야하며 효율은 48 %입니다. 이론적 인 “무한 층”셀은 확산 광에 대해 이론적 효율 68.2 %를 갖습니다.

나노 기술을 중심으로 발견 된 새로운 태양 전지 기술이 현재 사용되고있는 여러 가지 재료 방법이 있습니다.

3 세대 라벨에는 비 반도체 기술 (폴리머 및 바이오 미 메틱 스 포함), 양자점, 직렬 / 다중 접합 셀, 중간 대역 태양 전지, 핫 캐리어 셀, 광자 상향 변환 및 하향 변환 기술, 태양 광 등이 포함되지만 여러 기술이 포함됩니다. Thermophotonics와 같은 열 기술은 Green이 3 세대라고 기술 한 기술 중 하나입니다.

또한 다음을 포함합니다 :

실리콘 나노 구조
인시던트 스펙트럼 (농도)을 수정하여 300-500 태양에 도달하고 32 % (이미 Sol3g 셀에서 달성)의 효율을 + 50 %로 향상시킵니다.
전압 또는 캐리어 수집을 향상시키기 위해 과도한 열 발생 (자외선으로 인해 발생)을 사용합니다.
적외선 스펙트럼을 사용하여 야간에 전기를 생산합니다.

제 4 세대 : 잡종
차세대 태양 전지는 기본 비용을 증가시키면서 현재의 3 세대 태양 전지 (3Gen)에 비해 향상된 에너지 변환 효율을 제공하는 무기 무기질 (inorganic-in-organic)을 기반으로합니다. 그들은 동일한 층 내에서 – 나노 구조 (무기물)의 수명 안정성과 전도성 고분자 필름 (유기물)의 저비용 및 유연성과 성능을위한 새로운 하이브리드 활성 물질 (유기 / 무기물)의 특성 활용 3Gen 장치 이상.