Каскадные солнечные батареи космического и наземного применения
- Авторы: Андреев В.М.1
-
Учреждения:
- Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе Российской академии наук
- Выпуск: Том 21, № 4 (2020): 100-летие плана ГОЭЛРО
- Страницы: 271-280
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2312-8143/article/view/327467
- DOI: https://doi.org/10.22363/2312-8143-2020-21-4-271-280
- ID: 327467
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии - наиболее многообещающее направление возобновляемой энергетики. Солнечные батареи обеспечивают энергопитанием космические аппараты и получают все большее применение на Земле. Основным барьером в увеличении темпов развития наземной солнечной фотоэнергетики является относительно высокая стоимость солнечной электроэнергии. Снизить ее можно путем повышения КПД энергосистем и уменьшения расхода материалов для батарей на основе каскадных солнечных элементов. Результаты разработок каскадных солнечных элементов и модулей для солнечных батарей космического базирования и наземных солнечных фотоэнергоустановок на основе каскадных солнечных элементов с концентраторами солнечного излучения показали, что КПД концентраторных каскадных фотопреобразователей превышает 45 % в наземных условиях - это значительно выше, чем в существующих кремниевых и тонкопленочных солнечных батареях. Увеличение КПД каскадных фотопреобразователей достигнуто за счет «расщепления» солнечного излучения на несколько спектральных интервалов и осуществления более эффективного преобразования энергии фотонов каждого из этих интервалов в определенной части полупроводниковой структуры. Каскадные фотоэлектрические преобразователи имеют наивысшее значение КПД и являются основным элементом современных космических солнечных батарей. Каскадные солнечные элементы обеспечивают высокоэффективное преобразование концентрированного солнечного излучения и снижение площади и стоимости солнечных элементов пропорционально кратности концентрирования. Таким образом, использование разработанных концентраторных фотоэнергоустановок в крупномасштабной наземной солнечной фотоэнергетике весьма перспективно.
Об авторах
Вячеслав Михайлович Андреев
Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: vmandreev@mail.ioffe.ru
заведующий лабораторией фотоэлектрических преобразователей ФТИ имени А.Ф. Иоффе, член-корреспондент РАН, д. т. н., профессор
Российская Федерация, 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 26Список литературы
- Andreev VM, Grilikhes VA, Rumyantsev VD. Photovoltaic Conversion of Concentrated Sunlight. New York: John Wiley & Sons; 1997.
- Luque A, Andreev V. (eds.) Concentrator photovoltaics. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2007.
- Alferov ZI, Andreev VM, Rumyantsev VD. III-V heterostructures in photovoltaics. In: Luque A, Andreev V. (eds.) Concentrator photovoltaics. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2007. p. 25-50.
- Petrova-Koch V, Hezel R, Goetzberger A. (eds.) High-efficient low-cost photovoltaics. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2020.
- Alferov ZI, Andreev VM, Shvarts MZ. III-V solar cells and concentrator arrays. In: Petrova-Koch V, Hezel R, Goetzberger A. (eds.) High-efficient low-cost photovoltaics. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2020. p. 133-174. http://dx.doi.org/ 10.1007/978-3-030-22864-4_8.
- Rumyantsev VD. Terrestrial concentrator PV systems. In: Luque A, Andreev V. (eds.) Concentrator photovoltaics. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2007. p. 151-174.
- Bett AW, Dimroth F, Shiefer G. Multijunction concentrator solar cells. In: Luque A, Andreev V. (eds.) Concentrator photovoltaics. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2007. p. 67-87.
- Sala G, Luque A. Past experiences and new challenges of PV concentrators. In: Luque A, Andreev V. (eds.) Concentrator photovoltaics. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2007. p. 1-23.
- Algora C, Rey-Stolle I. (eds.) Handbook of concentrator photovoltaic technology. John Wiley & Sons; 2016.
- Pakhanov NA, Andreev VM, Shvarts MZ, Pchelyakov OP. State-of-the-art architectures and technologies of high-efficiency solar cells based on III-V heterostructures for space and terrestrial applications. Optoelectronics, instrumentation and data processing. 2018;54(2):187-202.
- Kalinovsky VS, Grebenschikova EA, Dmitriev PA, Ilinskaya ND, Kontrosh EV, Malevskaya AV, Usikova AA, Andreev VM. Photoelectric characteristics of InGaP/Ga(In)As/Ge solar cells fabricated with a single-stage wet chemical etching separation process. AIP Conf. Proc. 2014;1616:326-330.
- Kalinovskii VS, Kontrosh EV, Andreeva AV, Ionova EA, Malevskaya AV, Andreev VM, Malutina-Bronskaya VB, Zalesskiy VB, Lemeshevskaya AM, Kuzoro VI, Khalimanovich VI, Zayceva MK. CPV module based on a hybrid solar cell. AIP Conf. Proc. 2019;2149: 030003.
- Andreev VM, Malevskiy DA, Pokrovskiy PV, Rumyantsev VD, Chekalin AV. On the main photoelectric characteristics of three-junction InGaP/InGaAs/Ge solar cells in a broad temperature range (-197 °C ≤ T ≤ +85 °C). Semiconductors. 2016;50(10):1356-1361.
- Kalyuzhnyy NA, Mintairov SA, Salii RA, Nadtochiy AM, Payusov AS, Brunkov PN, Nevedomsky VN, Shvarts MZ, Martí A, Andreev VM, Luque A. Increasing the quantum efficiency of InAs/GaAs QD arrays for solar cells grown by MOVPE without using strain-balance technology. Progress in photovoltaics: research and applications. 2016;24(9):1261-1271. http://dx.doi.org/10.1002/ pip.2789.
- Sasaki K, Agui T, Nakaido K, Takahashi N, Onitsuka R, Takamoto T. Development of InGaP/GaAs/ InGaAs inverted triple junction concentrator solar cells. AIP Conf. Proc. 2013;1556:22-25.
- Aiken D, Dons E, Je S-S, Miller N, Newman F, Patel P, Spann J. Lattice matched solar cells with 40% average efficiency in pilot production and a roadmap to 50%. IEEE J. Photovoltaics. 2013;3(1):542-547.
- Geisz JF, Duda A, France RM, Friedman DJ, Garcia I, Olavarria W, Olson JM, Steiner MA, Ward JS, Young M. Optimization of 3-junction inverted metamorphic solar cells for high-temperature and high-concentration operation. AIP Conf. Proc. 2013;1477:44-48.
- Dimroth F, Grave M, Beutel P, Fiedeler U, Karcher C, Tibbits TND, Oliva E, Siefer G, Schachtner M, Wekkeli A, Bett AW, Krause R, Piccin M, Blanc N, Drazek C, Guiot E, Ghyselen B, Salvetat T, Tauzin A, Signamarcheix T, Dobrich A, Hannappel T, Schwarzburg K. Wafer bonded four-junction GaInP/GaAs/GaInAsP/GaInAs concentrator solar cells with 44.7% efficiency. Progress in photovoltaics: research and applications. 2014;22(3): 277-282.
- France RM, Geisz JF, Garcia I, Steiner MA, McMahon WE, Friedman DJ, Moriarty TE, Osterwald C, Ward SJ, Duda A, Young M, Olavarria WJ. Quadruple-junction inverted metamorphic concentrator devices. IEEE J. Photovoltaics. 2015;5(1):432-437.
Дополнительные файлы
