Impatto delle variazioni di temperatura sulle prestazioni delle celle solari III-V

Un gruppo di ricerca spagnolo ha esplorato l'impatto delle variazioni di temperatura e dello spettro luminoso sulle celle solari III-V in condizioni di concentrazione ultraelevata (UHC).

Queste celle solari, realizzate con materiali come arseniuro di gallio (GaAs) e altri elementi III-V, sono note per la loro elevata efficienza ma sono costose, limitando il loro utilizzo ad applicazioni specifiche come l'alimentazione di satelliti e droni dove l'efficienza e il peso ridotto sono essenziali vitale nonostante il costo elevato.

Il team si è concentrato su una cella solare a tripla giunzione comprendente fosfuro di gallio indio (GaInP), arseniuro di gallio indio (GaInAs) e germanio (Ge). Hanno evidenziato il loro approccio unico, combinando varie condizioni spettrali e di temperatura nei loro esperimenti, cosa mai fatta prima a livelli di concentrazione così elevati.

Utilizzando un sofisticato simulatore solare indoor, hanno potuto testare le celle a temperature fino a 85°C e livelli di irraggiamento fino a 2.200 soli. I loro test, che hanno coinvolto 30 misurazioni per ciascuna combinazione di temperatura e concentrazione, hanno rivelato che sia la corrente a circuito aperto (Isc) che la tensione di cortocircuito (Voc) aumentano con più luce ma reagiscono in modo diverso ai cambiamenti di temperatura. Mentre Isc aumenta con la temperatura, Voc diminuisce, mostrando un comportamento simile alle cellule a concentrazioni più basse.

La ricerca ha inoltre indicato una dipendenza lineare della corrente di cortocircuito dalla temperatura a livelli di luce costanti e un simile andamento crescente dei valori a circuito aperto con l'intensità della luce. Tuttavia, la tensione a circuito aperto ha mostrato una risposta lineare negativa alla temperatura a livelli di luce costanti.

Inoltre, l'efficienza e il fattore di riempimento della cella diminuiscono con temperature e intensità di luce più elevate, mostrando una forte correlazione tra tensione a circuito aperto, efficienza e temperatura. Hanno inoltre esaminato la risposta della cellula a diversi spettri di luce utilizzando il rapporto di corrispondenza spettrale (SMR), che confronta le correnti fotogenerate di sottocelle adiacenti nelle stesse condizioni di luce. Hanno osservato che lo spostamento dello spettro (rosso o meno) influenza i livelli di generazione in diverse sottocelle.

Queste intuizioni sono documentate nel loro studio, "Misurazioni di celle solari multi-giunzione ad altissimi irradiamenti per diverse temperature e spettri", pubblicato su Solar Energy Materials and Solar Cells. 

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