Forskare vid National Renewable Energy Laboratory (NREL) har tillverkat en solcell med en verkningsgrad på nästan 50 %.

Solcellen med sex korsningar har nu världsrekordet för den högsta solkonverteringseffektiviteten på 47,1 %, som mättes under koncentrerad belysning. En variant av samma cell satte också effektivitetsrekordet under ensolsbelysning på 39,2 %.

"Den här enheten visar verkligen den extraordinära potentialen hos solceller med flera kopplingar, sade John Geisz, en huvudforskare i High-Efficiency Crystalline Photovoltaics Group vid NREL och huvudförfattare till en ny artikel om rekordsättningscellen.

Pappret, "Sex-junction III-V solceller med 47,1% omvandlingseffektivitet under 143 solar koncentration, " visas i journalen Naturenergi . Geiszs medförfattare är NREL-forskarna Ryan France, Kevin Schulte, Myles Steiner, Andrew Norman, Harvey Guthrey, Matthew Young, Tao Song, och Thomas Moriarty.

För att konstruera enheten, NREL-forskare förlitade sig på III-V-material - så kallade på grund av sin position i det periodiska systemet - som har ett brett utbud av ljusabsorptionsegenskaper. Var och en av cellens sex korsningar (de fotoaktiva skikten) är speciellt utformade för att fånga ljus från en specifik del av solspektrumet. Enheten innehåller totalt cirka 140 lager av olika III-V-material för att stödja prestandan hos dessa korsningar, och ändå är tre gånger smalare än ett människohår. På grund av deras mycket effektiva natur och kostnaderna för att tillverka dem, III-V solceller används oftast för att driva satelliter, som belönar III-V:s oöverträffade prestation.

På jorden, dock, sexpunktssolcellen är väl lämpad för användning i koncentratorsolceller, sa Ryan France, medförfattare och en vetenskapsman i III-V Multijunctions Group vid NREL.

"Ett sätt att minska kostnaderna är att minska den nödvändiga ytan, " han sa, "och du kan göra det genom att använda en spegel för att fånga ljuset och fokusera ljuset till en punkt. Sedan kan du komma undan med en hundradel eller till och med en tusendel av materialet, jämfört med en platt silikoncell. Du använder mycket mindre halvledarmaterial genom att koncentrera ljuset. En ytterligare fördel är att effektiviteten ökar när du koncentrerar ljuset."

Frankrike beskrev potentialen för solcellen att överskrida 50 % verkningsgrad som "faktiskt mycket uppnåbar" men att 100 % verkningsgrad inte kan nås på grund av de grundläggande gränserna som termodynamiken ställer.

Geisz sa att det främsta forskningshindret för att nå 50 % effektivitet för närvarande är att minska de resistiva barriärerna inuti cellen som hindrar strömflödet. Under tiden, han noterar att NREL också är starkt engagerad i att minska kostnaderna för III-V solceller, möjliggör nya marknader för dessa mycket effektiva enheter.