Tablas de eficiencia de células solares (versión 53) de www.onlinelibrary.wiley

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1. INTRODUCCIÓN

Desde enero de 1993, " Progress in Photovoltaics " ha publicado seis listas mensuales de las eficiencias más altas confirmadas para una gama de tecnologías de células y módulos fotovoltaicos. 1 - 3 Al proporcionar pautas para la inclusión de los resultados en estas tablas, esto no solo proporciona un resumen autorizado del estado actual de la técnica, sino que también alienta a los investigadores a buscar una confirmación independiente de los resultados y a informar los resultados de forma estandarizada. En la Versión 33 de estas tablas, se actualizaron 3 resultados al nuevo espectro de referencia aceptado internacionalmente (Comisión Electrotécnica Internacional IEC 60904-3, Ed. 2, 2008).

El criterio más importante para la inclusión de los resultados en las tablas es que deben haber sido medidos de forma independiente por un centro de pruebas reconocido listado en otra parte. 2 Se hace una distinción entre tres diferentes definiciones elegibles de área de celda: área total, área de apertura y área de iluminación designada, como también se define en otra parte 2 (tenga en cuenta que, si se usa el enmascaramiento, las máscaras deben tener una geometría de apertura simple, como un cuadrado , rectangular, o circular). No se incluyen las eficiencias de "área activa". También hay ciertos valores mínimos del área buscada para los diferentes tipos de dispositivos (por encima de 0,05 cm 2 para una celda concentradora, 1 cm 2 para una celda de un sol, 800 cm 2 para un módulo y 200 cm 2 para un “submódulo” ).

Los resultados se informan para celdas y módulos hechos de diferentes semiconductores y para subcategorías dentro de cada agrupación de semiconductores (p. Ej., Película cristalina, policristalina y delgada). A partir de la Versión 36, la información de respuesta espectral se incluye (cuando es posible) en forma de un gráfico de la eficiencia cuántica externa (EQE) frente a la longitud de onda, ya sea como valores absolutos o normalizados al valor medido máximo. Las curvas de voltaje de corriente (IV) también se han incluido en la medida de lo posible desde la versión 38 en adelante. En la Versión 51 se incluye un resumen gráfico del progreso durante los primeros 25 años durante los cuales se publicaron las tablas. 2

Los resultados más altos de células y módulos "un sol" confirmados se presentan en las Tablas 1-4 . Cualquier cambio en las tablas de los publicados previamente 1 se establece en negrita. En la mayoría de los casos, se proporciona una referencia bibliográfica que describe el resultado informado o un resultado similar (los lectores que identifiquen referencias mejoradas pueden enviarlo al autor principal). La Tabla 1 resume las mediciones mejor informadas para las células y submódulos de unión única de "un solo sol" (sin concentrador).

La Tabla 2 contiene lo que podría describirse como "excepciones notables" para las celdas y submódulos de unión única de "un solo sol" en la categoría anterior. Aunque no cumplen con los requisitos para ser reconocidos como un registro de clase, los dispositivos en la Tabla 2 tienen características notables que serán de interés para las secciones de la comunidad fotovoltaica, con entradas basadas en su importancia y puntualidad. Para alentar la discriminación, la tabla se limita a 12 entradas nominales con los autores actuales que han votado por sus preferencias para la inclusión. Los lectores que tengan sugerencias de notables excepciones para su inclusión en esta o en las siguientes tablas pueden ponerse en contacto con cualquiera de los autores con todos los detalles. Las sugerencias que se ajusten a las directrices se incluirán en la lista de votación para un próximo número.

La Tabla 3 se introdujo por primera vez en la Versión 49 de estas tablas y resume el número creciente de resultados de celdas y submódulos que involucran dispositivos de unión múltiple de alta eficiencia de un solo sol (informados anteriormente en la Tabla 1 ). La Tabla 4 muestra los mejores resultados para los módulos de un solo sol, tanto de unión única como múltiple, mientras que la Tabla 5 muestra los mejores resultados para las células concentradoras y los módulos de concentración. También se incluye un pequeño número de "excepciones notables" en las Tablas 3-5 .

2 NUEVOS RESULTADOS

Diez nuevos resultados son reportados en la presente versión de estas tablas. El primer nuevo resultado en la Tabla 1 (células de un sol) representa un registro absoluto para cualquier célula solar de unión única. Se midió una eficiencia del 29,1% para una celda de GaAs de 1 cm 2 fabricada por Alta Devices 8 y se midió en el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar (FhG-ISE).

El segundo nuevo resultado es una eficiencia del 11,3% medida para una célula solar de 1,2 cm 2 CZTSSe (Cu 2 ZnSnS x Se 4 ‐x) fabricada por Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Corea 14 y medida por Newport Laboratorio de PV.

El primero de los tres nuevos resultados en la Tabla 2 (“excepciones notables” de un solo sol) es igual al registro anterior para una celda de CZTSSe de área pequeña. También se midió una eficiencia del 12,6% en Newport para una celda de 0,48 cm2 nuevamente fabricada por DGIST. El área de la celda es demasiado pequeña para ser clasificada como un registro absoluto, con objetivos de eficiencia de las celdas solares en programas de investigación gubernamentales generalmente especificados en términos de un área de celda de 1 cm 2 o más. 64 - 66

El segundo nuevo resultado en la Tabla 2 representa un nuevo récord para una célula solar de perovskita con Pb-haluro, con una eficiencia del 23.7% confirmada para una pequeña área de 0.07 cm2 células fabricada por el Instituto de Semiconductores de la Academia China de Ciencias ), Beijing 33 y medido en Newport.

Para las células de perovskita, las tablas ahora aceptan resultados basados en mediciones de "estado casi estable" (a veces llamadas "estabilizadas" en el campo de perovskita, aunque esto entra en conflicto con el uso en otras áreas de la energía fotovoltaica). Junto con otras tecnologías emergentes, las células de perovskita pueden no demostrar el mismo nivel de estabilidad que las células convencionales, con la estabilidad de las células de perovskita discutida en otra parte. 67 , 68

Una tercera nueva "excepción notable" en la Tabla 2 es el 13.3% para un área muy pequeña de células solares orgánicas de 0.04 cm 2 fabricadas por South China University y Central South University 34 y medidas en el National Renewable Energy Laboratory (NREL). La estabilidad de las células solares orgánicas se discute en otra parte 69 , 70 con un área de células nuevamente demasiado pequeña para clasificarla como un registro absoluto.

En la Tabla 3 se presentan tres nuevos resultados relacionados con dispositivos multifunción de un solo sol. El primero es 23.3% para un dispositivo tándem GaInP / GaAs / Si monolítico, monolítico, de crecimiento directo, de 1-cm 2 , fabricado y medido por el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar. 39

El segundo nuevo resultado reporta la demostración de una eficiencia del 27,3% para un dispositivo de dos terminales, perovskita / silicio monolítico de 1 cm 2 , fabricado por Oxford PV 40 y nuevamente medido por el Instituto Fraunhofer para el Sistema de Energía Solar. Tenga en cuenta que esta eficiencia ahora excede la eficiencia más alta para una celda de silicio de unión única (Tabla 1 ), aunque para un dispositivo de área mucho más pequeña.

Un tercer resultado nuevo para la Tabla 3 se incluye como una "excepción notable" de celdas de múltiples funciones. Se midió una eficiencia del 37,8% para una celda de dos terminales, dos terminales de GaInP / GaAs / GaInAs de 1 cm 2 fabricada por Microlink Devices 44 y medido en NREL. La característica notable de este dispositivo es que se fabricó utilizando un despegue epitaxial de un sustrato que se puede reutilizar. 44

Dos nuevos resultados aparecen en la Tabla 5 ("células concentradoras y módulos"). El primero es un 30,5% de eficiencia para una celda concentradora de GaAs de unión única fabricada y medida por NREL.

El segundo es una "excepción notable". Se informa de una eficiencia del 41,4% para un minimódulo concentrador de 122 cm 2 que consta de 10 lentes acromáticas de vidrio y 10 GaInP / GaAs, GaInAsP / GaInAs de 4 obleas fabricadas y medidas por FhG ‐ ISE. Esta es la eficiencia más alta medida para un módulo concentrador interconectado de este tipo.

Los espectros de EQE para los nuevos resultados de células GaAs y CZTSSe informados en el presente número de estas tablas se muestran en la Figura 1A, y la Figura 1B muestra las curvas de densidad-voltaje (JV) actuales para los mismos dispositivos. La Figura 2 A muestra el EQE para los nuevos resultados de la célula OPV y el módulo de perovskita, mientras que la Figura 2 B muestra sus curvas de JV actuales. La Figura 3 A, B muestra las curvas EQE y JV correspondientes para los nuevos resultados de celda de dos conexiones y dos terminales.

Figura 1

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A, Eficiencia cuántica externa (EQE) para los nuevos resultados de células GaAs y CZTSSe informados en este número; B, curvas de densidad de tensión (JV) correspondientes a los mismos dispositivos [la figura de color se puede ver en wileyonlinelibrary.com ]

Figura 2

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A, Eficiencia cuántica externa (EQE) para los nuevos resultados de OPV y células de perovskita informados en este número; B, curvas de densidad-voltaje (JV) de corriente correspondiente [La figura de color se puede ver en wileyonlinelibrary.com ]

figura 3

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A, Eficiencia cuántica externa (EQE) para los nuevos resultados de celda multifunción informados en este problema (algunos resultados normalizados); B, curvas de densidad de tensión (JV) de la corriente correspondiente [La figura de color se puede ver en wileyonlinelibrary.com ]

3 DESCARGO DE RESPONSABILIDAD

Si bien la información proporcionada en las tablas se proporciona de buena fe, los autores, editores y editores no pueden aceptar la responsabilidad directa por cualquier error u omisión.

RECONOCIMIENTO

El Centro Australiano de Energía Fotovoltaica Avanzada comenzó a funcionar en febrero de 2013 con el apoyo del Gobierno de Australia a través de la Agencia Australiana de Energía Renovable (ARENA). El Gobierno de Australia no acepta responsabilidad por las opiniones, información o consejos expresados en este documento. El trabajo de D. Levi fue apoyado por el Departamento de Energía de los EE. UU. Bajo el Contrato No. DE-AC36‐08 ‐ GO28308 con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable. El trabajo en AIST fue apoyado en parte por la Organización de Desarrollo de Tecnología Industrial y Nueva Energía de Japón (NEDO) bajo el Ministerio de Economía, Comercio e Industria (METI).