Сверхтонкий гибкий кремний для солнечных батарей
Исследователи из Университета Стэнфорда трудятся над созданием ультратонких ячеек, каковые разрешили бы минимизировать затраты на производство солнечных фотопреобразователей. Направление их изучений — увеличение эффективности узких ячеек путём формирования поверхности наноструктур, каковые ведут себя как молекулярная зеркальная помещение.
«Мы желаем, дабы свет проводил больше времени в солнечного элемента», — говорит инженерии и профессор материаловедения и соавтор обзорной статьи в издании Nature Materials Марк Бронгерсма (Mark Brongersma).
Бронгерсма и двое его сотрудников, доцент кафедры материаловедения Яй Цуй (Yi Cui) и доктор наук электротехники Шанху Фан (Shanhui Fan) изучили сто девять последних научных работ со всех стран. Их интересовало, как различные исследователи пробуют максимизировать столкновения между электронами и фотонами в самых вероятно узких слоях фотоэлектрических материалов. Цель была в том, чтобы распознать тенденции и лучшие практические ответы, способные привести к новым разработкам в отрасли.
Солнечная энергия возможно собрана, в то время, когда фотоны света сталкиваются с электронами фотоэлектрического материала и высвобождают их. Перемещаясь по кристаллу, свободные электроны формируют электрический ток.
Современные солнечные батареи достаточно узкие. Они складываются из слоёв фотоматериала, по большей части кремния, толщиной в среднем 150-300 мкм, что соответствует толщине двух — трёх людских волос.
Уменьшая толщину фотоэлементов, инженеры вынуждены создавать новые наноразмерные ловушки и фильтры, дабы обеспечивать, что фотоны не пролетят через узкий элемент, не высвободив электроны.
«Большое количество внимания уделяется тому, как применяя правила фотоники руководить световыми волнами самый эффективным методом, — скажи Фан. — В мире, быть может, много групп трудятся над этим».
В попытках создать наноструктуры, удачно улавливающие свет, исследователи сталкиваются с огромным числом трудностей. Солнечный свет складывается из разных цветов, каковые демонстрирует нам радуга, итог расщепления света капельками атмосферной жидкости. Создание аккумуляторная для удержания фотонов различных цветов — одно из направлений изучений.
Не обращая внимания на трудности, учёные добились удач. «Мы заметили совокупности, применяющие сотую долю фотоэлектрического материала современных солнечных элементов для получения 60-70% их электрической мощности», — говорит Бронгерсма.
Самый распространён таковой фотоэлектрический материал, как форма кремния, близкая к той, что употребляется в компьютерных чипах. Его цена занимает 10-20% в стоимости солнечных ячеек. Так, сокращение этих затрат в 100 раз будет иметь заметное влияние на неспециализированную экономическую эффективность производства солнечной энергии.
Уменьшение материальных затрат только часть пользы от внедрения сверхтонких солнечных разработок. Ещё одно их преимущество — гибкость. Из-за толщины слоя кремния современные солнечные элементы должны быть твёрдыми, дабы сохранить кристаллическую решётку и не нарушить поток электронов. «При толщине 10 мкм кремний владеет высокой степенью механической гибкости», — растолковывает Цуй, ориентируясь на размер менее одной десятой толщины фотоэлектрического слоя современных солнечных батарей.
При таковой толщине материал возможно резать простыми ножницами.
Кремниевые полосы, созданные в Стэнфорде, применяют фотонные ловушки, о которых идёт обращение в статье в Nature Materials. По словам Цуй, их эффективность преобразования света в энергию приближается к эффективности твёрдого кремния современных солнечных батарей.
по данным SiS