События Дом

Сверхтонкий гибкий кремний для солнечных батарей


Исследователи из Университета Стэнфорда работают над созданием ультратонких ячеек, которые позволили бы минимизировать расходы на производство солнечных фотопреобразователей. Направление их исследований — повышение эффективности тонких ячеек путём формирования поверхности наноструктур, которые ведут себя как молекулярная зеркальная комната.

«Мы хотим, чтобы свет проводил больше времени внутри солнечного элемента», - говорит профессор материаловедения и инженерии и соавтор обзорной статьи в журнале Nature Materials Марк Бронгерсма (Mark Brongersma).

Бронгерсма и двое его коллег, доцент кафедры материаловедения Яй Цуй (Yi Cui) и профессор электротехники Шанху Фан (Shanhui Fan) изучили сто девять последних научных работ со всего мира. Их интересовало, каким образом разные исследователи пытаются максимизировать столкновения между фотонами и электронами в самых возможно тонких слоях фотоэлектрических материалов. Цель состояла в том, чтобы выявить тенденции и лучшие практические решения, которые могут привести к новым разработкам в отрасли.

Солнечная энергия может быть собрана, когда фотоны света сталкиваются с электронами фотоэлектрического материала и высвобождают их. Перемещаясь по кристаллу, свободные электроны формируют электрический ток.

Современные солнечные батареи довольно тонкие. Они состоят из слоёв фотоматериала, в основном кремния, толщиной в среднем 150-300 мкм, что соответствует толщине двух - трёх человеческих волос.

Уменьшая толщину фотоэлементов, инженеры вынуждены создавать новые наноразмерные фильтры и ловушки, чтобы гарантировать, что фотоны не пролетят сквозь тонкий элемент, не высвободив электроны.

«Много внимания уделяется тому, как используя принципы фотоники управлять световыми волнами наиболее эффективным способом, - говори Фан. - В мире, возможно, сотни групп работают над этим».

В попытках разработать наноструктуры, успешно улавливающие свет, исследователи сталкиваются с огромным числом трудностей. Солнечный свет состоит из различных цветов, которые демонстрирует нам радуга, результат расщепления света капельками атмосферной влаги. Создание наноструктур для удержания фотонов разных цветов — одно из направлений исследований.

Несмотря на трудности, учёные добились успехов. «Мы увидели системы, использующие сотую долю фотоэлектрического материала современных солнечных элементов для получения 60-70% их электрической мощности», - говорит Бронгерсма.

Наиболее распространён такой фотоэлектрический материал, как форма кремния, близкая к той, что используется в компьютерных чипах. Его стоимость занимает 10-20% в стоимости солнечных ячеек. Таким образом, сокращение этих расходов в 100 раз будет иметь заметное влияние на общую экономическую эффективность производства солнечной энергии.

Сверхтонкий кремний можно резать ножницами.

Уменьшение материальных затрат лишь часть выгоды от внедрения сверхтонких солнечных технологий. Ещё одно их преимущество — гибкость. Из-за толщины слоя кремния современные солнечные элементы должны быть жёсткими, чтобы сохранить кристаллическую решётку и не нарушить поток электронов. «При толщине 10 мкм кремний обладает высокой степенью механической гибкости», - объясняет Цуй, ориентируясь на размер менее одной десятой толщины фотоэлектрического слоя современных солнечных батарей. При такой толщине материал можно резать обычными ножницами.

Кремниевые полоски, разработанные в Стэнфорде, используют фотонные ловушки, о которых идёт речь в статье в Nature Materials. По словам Цуй, их эффективность преобразования света в энергию приближается к эффективности жёсткого кремния современных солнечных батарей.

Facepla.net по материалам SiS

Источник: http://econet.ru/

Комментарии (Всего: 0)

Добавить комментарий

Что-то интересное

    Больше материалов
    Больше материалов
  • facebook
    Нажмите Нравится,
    чтобы читать Econet.ru в Facebook
    Спасибо, я уже с Econet.ru!