Меньше фотонов – выше эффективность
Военная поговорка говорит, что чтобы умело руководить, нужно обучиться подчиняться. Последние изучения ученых распознали похожую закономерность и в мире техники. Оказывается, что его поглощения преобразования и эффективность света в электричество солнечными элементами зависит от их способности излучать свет.
Ученые из Калифорнийского университета в Беркли распознали и показали парадоксальное свойство. Чтобы солнечная ячейка наилучшим образом улавливала энергию света и производила максимум электричества, она должна быть сконструирована как светодиод, назначение которого излучение света.
«Мы показали, что чем лучше солнечные ячейки излучают фотоны, тем выше их напряжение, и тем больше эффективность», — сказал доктор наук Эли Яблонович (Eli Yablonovitch), основной научный сотрудник Калифорнийского университета.
Еще с 1961 года ученым как мы знаем, что производительность фотоэлектрических элементов ограничена. Ее безотносительный теоретический предел – 33,5%, что свидетельствует возможность преобразования в электричество лишь 33,5% светового потока, падающего на солнечный элемент. Одновременно с этим, максимум, чего смогли добиться ученые за прошедшие 50 лет, это добиться эффективности чуть больше 26%.
направляться подчернуть, что приведенные цифры верны только для несложных однопереходных солнечных элементов, поглощающих световые волны выше определенной частоты. Сложные многопереходные многочастотные структуры владеют более высокими чертями.
Доктор наук Яблонович и его сотрудники постарались узнать, чем обусловлен таковой громадный разрыв между теоретической и практической производительностью элементов. Ответ выяснилось несложным, не смотря на то, что, на первый взгляд, противоречащим здравому смыслу. Оно основано на математической связи между излучением света и поглощением.
Теория о том, что люминесцентная эмиссия связана с напряжением, не нова. Но до сих пор ее не использовали для разработки солнечных панелей.
Напряжение появляется на выходе фотоэлектрического элемента, в то время, когда фотон солнечного света ударяет полупроводниковый материал, из которого состоит ячейка. Энергия фотона выбивает из материала электроны, каковые становятся свободными. В ходе образования свободных электронов смогут кроме этого генерироваться новые фотоны. Данный процесс именуется люминесценцией.
Ученые узнали, что эти новые эмитированные фотоны, должны иметь возможность как возможно стремительнее покинуть ячейку.
На первый взгляд думается целесообразным удержать фотоны под действием которых, быть может, образуется еще больше свободных электронов и напряжение на выходе элемента повысится. Но математические расчеты продемонстрировали обратную зависимость, напряжение возрастает тем больше, чем стремительнее новые фотоны будут удалены из полупроводникового материала.
Доктор наук Яблонович отправился дальше научной констатации фактов и стал учредителем компании Alta Devices. Компания применяла результаты научных изучений для прототипа солнечной панели из арсенида галлия (GaAs). Прототип побил существующий рекорд и продемонстрировал эффективность 28,3%.
Дабы достигнуть для того чтобы значения эффективности были использованы способы, облегчающие как это вероятно выход фотона из ячейки и излучение света. К примеру, увеличение отражающей свойстве задней стены, что выталкивает снова образующиеся фотоны наружу через переднюю панель.
В ближайщее время авторы нового способа сохраняют надежду достигнуть эффективности солнечных панелей около 30%. Собственные выводы ученые из Беркли собираются представить на Конференции по электрооптике и лазерам CLEO-2012, которая откроется 6 мая в Сан-Хосе, Калифорния.
По данным Science Daily