Підвищення ефективності сонячних батарей до 17.8% Bashny.Net

Дослідники з Технічного університету Ейндховена (Нідерланди) встановили новий рекорд для ефективності сонячних батарей з нанопровідником: 17.8%. Це порівняно новий тип сонячної панелі, який був винайдений менше десяти років тому. У такий короткий період часу вдалося підходити до ефективності традиційних видів одношарових сонячних батарей.



Схематична структура нанопровідної фотоклітини

Цей швидкий прогрес показує, що нанопровідні сонячні клітини є дуже перспективною технологією. Про це говорять винахідники. «Фокусування» фотонів через наноwires виглядає так спокуслива, що можна мріяти про радикальне підвищення ефективності.



Фотоклітин з стоячими нанофібрими аллієвого Арсеналу.

На відміну від інших видів фотоелектричних клітин, нанопровідні фотоелектричні клітини не складаються з твердих щільних шарів, але з решітки вертикальних волокон близько 200 нанометрів товщиною кожен.

У 2013 році Петро Крогструп з нанотехнологічного центру Інституту Нільса Богор (Деньмарк) спільно з науковцями Федеральної політехнічної школи Лозанна (Швейцарія) розробили прототип фотокліпу з площею 1 мм2 з стоячими нанофібриками аллієвої арсеніду. Під нормальним сонячним променем струм, що відповідає 24.6 мА на квадратний сантиметр поверхні, вилучений з сонячної клітини. Насправді, стоячі нанофібри концентровані світло з області 15 разів їх загальна перерізи.

Такі феноменальні показники пояснюються резонансом видимих світлових хвиль, довжина яких менше розділу стоячого волокна. При співвідношенні з стоячими волокнами, сусідні хвилі надходять в резонанс. Сітка стоячих волокон як пилосос "смоктує" в себе навколишнє світло.


Примітка поважним ХКнстн: Поточний вилучений з фотокліпу залежить від покоління зарядних носіїв, які збуджуються при поглинанні світлих фотонів. Звичайне сонячне світло - це стандартне значення з відомою спектральною щільністю фотонів загальною потужністю 100 мВт/см2. Для індію фосфатиду, що використовується в 2016 році, максимальний струм може бути 34,5 мА/см2.

В цілому, потрібно розуміти логічний трюк з концентрацією світла в 15 разів більше. Справа в тому, що розташування наночастинок відносно один до одного і співвідношення площі поверхні, що наночастина займає відносно нерозголошення простору. Але це не дуже важливо, тому що, як правило, енергія, яку ми отримуємо, посилюється на область освітленої поверхні. Якщо ми приймаємо обдурення з резонансом, то нанофібри зазвичай повинні подолати фундаментальний ліміт Шоклі-Quisser, який становить 33,7% для клітинки з одним p-n перехідом, 42% для двошарової клітинки, 49% на тришарову клітинку і 68% для гіпотетичних клітин з нескінченною кількістю шарів.

Ефективність запису різних типів сонячних батарей, 1976-2016

Незабаром після перших прототипів, інші вчені почали експериментувати з реальною фотоелектрою реальною фотоелектрою. Зростає ефективність таких елементів.

Тепер група дослідників з технічного університету Ейндховена вперше продемонструвала в реальних умовах ефективність нанопровідного фотокліпу 17.8%. За даними дослідників, це далеко від ліміту. Авторами дослідження Дік Ван Дам і Йончао Куй, вірять, що запис швидко знизиться. Вони прогнозують, що порогу 20% буде подолати протягом двох років. Підвищення ефективності обумовлено теоретичною роботою фізиків, які розраховують більш ефективну форму і діаметр нанофібри, а також їх взаємне розташування. Їх досягнення є точно в оптимізуванні нанофібри, що дозволило зменшити кількість дефектів.

Попереднє досягнення запису для цього типу сонячної батареї склало 15,3%. Цей результат був показаний дослідниками Lund University (Sweden). Теоретичний ліміт ефективності нанопровідної фотоелектричної клітини вважається 46%, добре над фундаментальним обмеженням Shockley-Quisser для традиційних клітин, де резонанс не бере участі.

Вчені підкреслюють, що ще одна перевага нанопровідних фотоклітин є їх теоретичною дешевизною у масовому виробництві, навіть у порівнянні з багаторічною технологією виготовлення традиційної фотокліпи. Важлива перевага полягає в тому, що в п'яти разів менше матеріалу потрібно зробити нові клітини. Це не тільки дешево і вигідно. Чим менше матеріалу - менше дефектів і дефектних партій. принаймні теоретично.

Для нанопровідних фотоелектричних клітин, щоб стати комерційно привабливими, вони повинні відповідати звичайним елементам за вартістю і ефективністю. Для цього необхідно довести ефективність не менше 25% і поліпшити технічний процес їх виготовлення. Додаткове зниження може бути досягнуто шляхом перемикання з використання рідкісних металів, таких як аллієвий арсенід і індію фосфатид до більш поширеного кремнію. Ще одним способом зниження вартості є винахід технологічних технологій для виробництва сонячних батарей без використання товстої підкладки.

За свою роботу з розрахунку та виготовлення нанопровідних фотоклітин з реформованою ефективністю, Дік Ван Дам отримав докторант (PhD) від Технічного університету Ейндховена 17 жовтня 2016 року. На жаль, докторська дисертація не є загальнодоступною. Перед проведенням незалежного рецензування та публікації наукової статті в офіційному журналі автор рефранів з дискримінації технічних деталей винаходу. Видання



Джерело: geektimes.ru/post/281778/