Рекорд! КПД почти 69 % для тонкопленочной фотоэлектрической батареи

Немецкие ученые продолжают расширять границы тонкопленочной фотовольтаики. С помощью лазерного энергетического элемента они установили новые стандарты. Это показывает, что потенциал солнечной энергии далеко не исчерпан.

Вы можете положиться на солнце. Оно восходит каждый день, даже если небо, конечно, часто бывает пасмурным. Солнечные энергосистемы могли бы играть гораздо большую роль в структуре производства электроэнергии, но на пути к этому стоят некоторые технические проблемы. Помимо того, что возможностей для долгосрочного хранения солнечной энергии все еще недостаточно, производительность также довольно низкая. На практике эффективность модулей редко превышает 20%, хотя некоторые последние разработки вселяют оптимизм.

Солнце обещает почти бесконечную энергию

Ситуация еще хуже для тонкопленочной фотовольтаики. Однако именно это может стать маяком надежды. Например, можно покрывать целые фасады без каких-либо проблем со статикой. Исследователи из Института Фраунгофера по солнечным энергетическим системам ISE представили новую концепцию, которая может стать большим шагом в правильном направлении: Используя лазерный силовой элемент, они добились эффективности 68,9% при монохроматическом освещении. Согласно их собственным заявлениям, это новый рекорд!

Для создания инновационной системы ученые использовали тонкий солнечный элемент из арсенида галлия. Они также оснастили его высокоотражающим, проводящим задним зеркалом. Чтобы понять, что это дает, необходимо немного справочных знаний: когда фотоэлектрические элементы преобразуют солнечный свет в электричество, световая энергия поглощается в полупроводниковой структуре. Полученные положительные и отрицательные заряды передаются на два контакта на передней и задней стороне ячейки.

Степень этого эффекта, т.е. фактический выход тока, зависит от диапазона энергии падающего света. Оптимальный диапазон находится чуть выше энергии полосовой щели материала. Зазор между полосами важен для проводимости. С помощью лазера этот диапазон энергии можно контролировать более целенаправленно, что позволит добиться очень высокой эффективности.

Такая форма передачи энергии известна как технология power-by-light. Он не нов, но уже используется в различных технологических процессах, в некоторых случаях соединяясь со стекловолокном.

Лазерный луч встречает фотоэлектрический элемент. Оба прекрасно сочетаются по мощности и длине волны. Это необходимое условие для того, чтобы эти системы в полной мере использовали свои преимущества перед медными кабелями. И эти преимущества заключаются не только в возможном повышении эффективности. Power-by-Light может обеспечить, например, беспроводную передачу энергии. Электромагнитная совместимость хорошая, и эта технология также лучше обычных медных кабелей в плане молниезащиты и взрывозащиты. Высокая эффективность может вывести эту форму фотовольтаики в центр внимания.

Именно этого хотят добиться ученые из Fraunhofer ISE. Цифры поражают воображение. С помощью своего фотоэлектрического элемента III-V на основе арсенида галлия они смогли добиться эффективности 68,9% для лазерного излучения с длиной волны 858 нанометров. По словам исследователей, никогда еще не было таких высоких значений для преобразования света в электричество.

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

Как команда Фраунгофера добилась этого? Инженеры использовали специальную тонкопленочную технологию, при которой слои солнечных элементов сначала осаждаются на подложку из арсенида галлия. На следующем этапе они удаляют эту подложку, чтобы получить полупроводниковую структуру толщиной всего несколько микрометров. Он также оснащен высокоотражающим зеркалом с обратной стороны.

Команда протестировала различные материалы для задних зеркал, включая золото и сочетание керамики и серебра, что в конечном итоге оказалось более выгодным. Для поглотителей была использована специальная гетероструктура (n-GaAs/p-AlGaAs), в которой потери носителей заряда чрезвычайно малы. Директор института Андреас Бетт рассматривает эту систему как возможность придать фотовольтаике больший потенциал для промышленного применения. В качестве примеров он упоминает структурный мониторинг ветряных электростанций, мониторинг высоковольтных линий или датчики топлива в баках самолетов. Также возможно беспроводное энергоснабжение для Интернета вещей (IoT). опубликовано econet.ru по материалам ingenieur.de

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet