Tandempäikeseelement
Tandempäikeseelement (inglise keeles multi-junction solar cell, mitmekorruseline päikeseelement) koosneb kahest või enamast erinevast materjalist elemendist. Need võivad paikneda alusmaterjalil üksteisest eraldatud kihtidena või monoliitsena substraadil.
Valgust vastuvõttev ülemine osaelement neelab kõige lühemalainelisemat (vastavalt suurema energiaga) valguskiirgust ja ühtlasi laseb pikemalainelise kiirguse läbi järgmisele osaelemendile, mis neelab osa valgusspektrist kuni lainepikkuseni, mis pooljuhtide korral on määratud keelutsooni laiusega. Nii võib ülestikku asetseda mitu eri materjalist osaelementi, kusjuures järgmise kihi materjali keelutsooni laius väheneb. Selline osaelementide korruspaigutus annab võimaluse päikesekiirgust tõhusamalt elektrienergiaks muundada, seda nii muundatava sagedusvahemiku avardamise kui ka sagedusribas kõige efektiivsemate pooljuhtmaterjalide valiku tulemusena. Osaelemendid ühendatakse monoliitse konfiguratsiooni korral omavahel jadamisi tunneldioodide abil, nii et liitelemendil on kaks väljaviiku nagu lihtsal päikeseelemendilgi.
Tandemelementides saadakse praegusel ajal kõige kõrgem kasutegur keemiliste elementide III (muldmetallide) ja V (lämmastiku-fosfori) rühma elementide pooljuhtühendite kasutamisel. Nendest materjalidest osaelemente võidakse kasutada ka kombineeritult ränil põhinevate osaelementidega.
Materjalide kasutamine
[muuda | muuda lähteteksti]Galliumindiumfosfiid-galliumindiumarseniid-germaanium. Kolmest osaelemendist kolmekihiline tandemelement on kõige laiemalt levinud. Kasutegur oli juba 2001. aastal 31% ja jõudis 2009. aastal laboris 41,1%-ni.
Galliumindiumfosfiid-galliumarseniid-galliumindiumarseniidfosfiid-galliumindiumarseniid. Nendest materjalidest neljast osaelemendist koosnev päikeseelement muundab päikesekiirgust kuni 46,1% kasuteguriga (seda küll päikesevalguse 312-kordse kontsentratsiooni korral).
Räni-räni. Kõige sagedamini kombineeritakse kihid amorfsest (a-Si) ja mikrokristallilisest (µc-Si) ränist. Ülemine, a-Si-osaelement neelab valgust peamiselt lainepikkuste vahemikus 400–600 nm ja alumine, µc-Si-osaelement 500–1100 nm.
Galliumindiumfosfid-galliumarseniid-räni. Siin on kombineeritud III ja V rühma ühenditest osaelemendid ränielemendiga. Kasutegur kuni 30,2% ilma kontsentratsioonita.
Tandempäikeseelementide kasutamine
[muuda | muuda lähteteksti]Suurte tootmiskulude tõttu olid niisugused elemendid kasutusel peamiselt tehiskaaslaste päikesepaneelides. Valguskiirte kontsentreerimise süsteemi ja mehaanilise suunamise seadmete rakendamine võimaldab vähendada pooljuhtmaterjali vajalikku pinda. Edasiarendatud tehnoloogia võimaldab konstrueerida tõhusaid tandemelemente kasutamiseks ka maapealses päikeseenergeetikas.