Nowa metoda pozwala znacząco zwiększyć wydajność krzemowych paneli słonecznych

Kategorie: 

Źródło: Pixabay.com

Krzemowe ogniwa fotowoltaiczne posiadają wyznaczoną absolutną granicę wydajności konwersji światła słonecznego w energię elektryczną, ponieważ każdy foton może wytrącić tylko jeden elektron. Jednak naukowcy opracowali i zademonstrowali nową metodę, która pozwala uzyskiwać wysokoenergetyczne fotony, zdolne wytrącać po dwa elektrony, co z kolei przekłada się na zwiększenie maksymalnej wydajności ogniw.

 

Maksymalna teoretyczna wydajność konwencjonalnych paneli słonecznych wynosi około 29,1%. Naukowcy z Instytutu Technologicznego Massachusetts oraz inne zespoły badawcze na przestrzeni ostatnich lat pracowały nad metodą, która pozwala przekroczyć tę granicę o kilka punktów procentowych.

 

Wstępna demonstracja tej metody zakończyła się powodzeniem, lecz dokonano jej na organicznych ogniwach fotowoltaicznych, które są znacznie mniej wydajne od jej krzemowych odpowiedników. Zastosowanie jej na konwencjonalnych ogniwach słonecznych wymagało wielu lat ciężkiej pracy.

 

Rozdzielenie energii jednego fotonu na dwa elektrony było możliwe dzięki zastosowaniu klasy materiałów, które posiadają stany wzbudzone, zwane ekscytonami. Można je wykorzystać do zmiany energii „przecinając ją” lub łączyć mniejsze części energii w całość. Proces ten pozwala zatem podzielić fotony na dwie niezależnie poruszające się wiązki energii.

Naukowcy mieli jednak problem z połączeniem tej energii z krzemem, który nie jest materiałem ekscytonowym. Dlatego próbowano połączyć energię z warstwy ekscytonowej z kropkami kwantowymi. Okazało się, że dla transferów energii istotna jest chemia powierzchni materiału, a nie jego objętość.

 

Dodanie cienkiej warstwy pośredniej, wykonanej z tlenkoazotku hafnu, pomiędzy krzemowym ogniwem słonecznym a warstwą naftacenu o właściwościach ekscytonowych rozwiązało problem. Dzięki niej, pojedyncze wysokoenergetyczne fotony mogły uwalniać dwa elektrony wewnątrz krzemowego ogniwa. Proces ten pozwolił zwiększyć maksymalną teoretyczną wydajność krzemowych paneli fotowoltaicznych z 29,1% do nawet 35%.

 

Naukowcy wykazali, że połączenie dwóch materiałów dla zwiększenia wydajności jest możliwe. Jednak teraz, badacze muszą jeszcze skupić się na optymalizacji ogniw krzemowych i zwiększeniu trwałości zastosowanych materiałów. Nowe panele słoneczne mogą być również cieńsze od dostępnych obecnie wersji. Innowacja znajdzie komercyjne zastosowanie w ciągu kilku lat.

 

Ocena: 

5
Średnio: 5 (1 vote)

Skomentuj