Spectral and temperature dynamics of high-efficiency dilute nitride multijunction solar cells

Abstract

Moniliitosaurinkokennojen ja uusien materiaaliratkaisujen avulla on mahdollista saavuttaa erittäin korkeita hyötysuhteita aurinkokennojen eri sovelluksissa. Käyttöolosuhteilla on merkittävä vaikutus kennojen toimintaan, minkä vuoksi kennojen toiminnan syvällinen ymmärtäminen on tärkeää kehitettäessä moniliitoskennoja, joilla pyritään entistä tehokkaampaan energiantuotantoon. Tässä työssä tutkittiin valaisun ja lämpötilan vaikutusta III–V-puolijohteista valmistettujen kolmiliitoskennojen toimintaan. Tutkitut kennot valmistettiin plasma-avusteisella molekyylisuihkuepitaksialla. Kennojen rakenteessa on käytetty osakennoja, jotka sisältävät pienen määrän typpeä. Kennot karakterisoitiin erilaisissa olosuhteissa virta-jännitemittauksin, joita varten rakennettiin kolmesta valonlähteestä koostuva aurinkosimulaattori. Simulaattori osoittautui tarkaksi ja hyödylliseksi työkaluksi kennojen karakterisoinnissa, ja sen tuottaman valotehon ajalliseksi stabiiliudeksi määritettiin ±2 %. Virta-jännitemittausten lisäksi parhaan moniliitoskennon toimintaa tutkittiin ulkoisen kvanttihyötysuhteen avulla. Huoneenlämmössä parhaan kolmiliitoskennon hyötysuhteeksi mitattiin 27 % AM0-spektrillä ja 28 % AM1.5-spektrillä. Typpeä sisältävät osakennot ylituottivat virtaa kaikissa kolmiliitoskennoissa, kun taas GaInP-liitoksen havaittiin rajoittavan kennojen virtaa. Kennojen toimintaa tutkittiin myös lämpötilariippuvilla mittauksilla. Kennojen virrantuotto kasvoi ja hyötysuhde laski lämpötilan noustessa. Lämpötilariippuvista mittauksista määritettiin myös lämpötilavakiot kennojen toimintaa kuvaaville suureille. Lämpötilavakioiden arvot ovat yhteneviä kirjallisuudessa esitettyjen vakioiden kanssa.