Yhdysvaltain energiaministeriön kansallisen uusiutuvan energian laboratorion (NREL) tutkijat ovat onnistuneet kehittämään aurinkokennon, jonka hyötysuhde on ennätykselliset 39,5 prosenttia. Tämä on kaikista tehokkain aurinkokenno, jota toimivat normaalin auringonvalon olosuhteissa.
Kehityksen yksityiskohdat on hahmoteltu Joule-lehden toukokuun numerossa. NREL-tutkijat tekivät aiemmin ennätyksen vuonna 2020. Tuolloin he ylsivät 39,2 prosentin hyötysuhteeseen. Käytössä oli materiaaleja III-V-luokista.
Useat parhaista viimeaikaisista aurinkokennoista ovat perustuneet NREL:ssä keksittyyn käänteiseen metamorfiseen moniliitosarkkitehtuuriin (IMM). Tämä hiljattain parannettu kolminkertainen IMM-aurinkokenno on ollut esimerkiksi japanilaisen Sharpin vuonna 2013 kirjatun ennätyksen (37,9 %) pohjana.
Tehokkuuden parantuminen seurasi tutkimusta "kvanttikaivoon” (quantum well) perustuvista aurinkokennoista, jotka käyttävät monia erittäin ohuita kerroksia aurinkokennojen ominaisuuksien muokkaamiseen. III-V-luokkien materiaalit kohdistuvat eri osiin auringon spektrissä. Ylin kerros on valmistettu gallium-indiumfosfidista (GaInP), välikerros perustuu galliumarsenidiin (GaAs) ja pohja gallium-indiumarsenidiin (GaInAs).
Materiaalinen valinta on keskeisessä roolissa monikerroskennoissa, jotta valovirtojen tasapaino kolmen kennon välillä saadaan optimaaliseksi. Tutkijat käyttivät keskikerroksen kvanttikaivoja laajentamaan GaAs-kennon kaistaeroa ja kasvattamaan solun absorboiman valon määrää.
III-V kennot tunnetaan korkeasta hyötysuhteestaan, mutta valmistusprosessi on perinteisesti ollut kallis. Toistaiseksi III-V-kennoja on käytetty sovellusten, kuten avaruussatelliittien, miehittämättömien ilma-alusten ja muiden niche-sovellusten, virtalähteenä. NREL:n tutkijat ovat työskennelleet vähentääkseen dramaattisesti III-V-kennojen valmistuskustannuksia ja tarjotakseen vaihtoehtoisia kennomalleja, jotka tekevät näistä kennoista taloudellisia järkeviä useisiin uusiin sovelluksiin.