211service.com
Dėl juodo silicio saulės elementai yra pigesni
Paprastas cheminis apdorojimas galėtų pakeisti brangias antirefleksines saulės elementų dangas ir sumažinti kristalinio silicio plokščių kainą. Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos (NREL) mokslininkai teigia, kad apdorojimas, vieno žingsnio panardinimas į cheminę vonią, sukuria labai antirefleksinį juodo silicio sluoksnį ant silicio plokštelių paviršiaus, o už vatą tai kainuotų tik centus. Jie jį panaudojo kurdami juodo silicio saulės elementus, atitinkančius įprastų rinkoje esančių silicio elementų efektyvumą.
Saulė juoda: Šios dvi saulės baterijos buvo pagamintos ant silicio plokštelės, apdorotos taip, kad būtų sukurtas antirefleksinis juodo silicio paviršius. Sidabrinės sritys aplink ląsteles yra kitokios spalvos, nes labai sugeriantis juodas sluoksnis buvo išgraviruotas.
Kristalinės silicio plokštelės, naudojamos šiuolaikiniams saulės elementams gaminti, yra apdorojamos, kad būtų sukurtas tekstūruotas paviršius, po to padengtos antirefleksiniu sluoksniu, dažniausiai silicio nitridu, naudojant didelio vakuumo procesus. Šis papildomas sluoksnis padidina saulės elemento vertę, pagerindamas jo efektyvumą – jis slopina atspindį, todėl daugiau fotonų iš tikrųjų patenka į silicio plokštelę, o ne atsimuša nuo jos paviršiaus, padidindamas elektros srautą iš elemento. Tačiau papildomas sluoksnis taip pat padidina išlaidas. Manome, kad tai gali būti pigiau, sako Howardas Branzas , pagrindinis NREL silicio medžiagų ir prietaisų mokslininkas. Net ir su danga, geriausios kokybės silicio saulės elementai paprastai atspindi 3 procentus juos patekusios šviesos. Branzo laboratorija kuria nebrangius būdus, kaip sukurti juodą silicį, kuris beveik neatspindi šviesos.
NREL pagamintų saulės elementų prototipų efektyvumas yra geriausias, kada nors buvo pranešta apie juodo silicio elementus. Monokristaliniai silicio elementai su juodu paviršiumi ir be papildomos antirefleksinės dangos paverčia 16,8 proc. į juos patenkančios šviesos į elektrą – maždaug tokį patį efektyvumą, kokį siūlo tipiškas kristalinio silicio saulės elementas, padengtas antirefleksine medžiaga. Ankstesnis juodojo silicio elementų rekordas buvo 13,9 proc.
Siekdama pakeisti vakuuminio nusodinimo procesus, naudojamus silicio plokštelės paviršiui apdoroti, Branzo laboratorija sukūrė cheminį procesą, kuris gali būti atliekamas esant aplinkos temperatūrai ir slėgiui naudojant įrangą, jau esančią saulės baterijų gamyklose. Vaflė panardinama į vonią, kurioje yra vandenilio peroksido, vandenilio fluorido rūgšties ir chloroauro rūgšties tirpalas, sudarytas iš vandenilio, chloro ir aukso. Nedidelis aukso kiekis rūgšties vonioje veikia kaip cheminių reakcijų katalizatorius. Tiksliai neaišku, kokios yra cheminės reakcijos, tačiau dėl jų susidaro aukso nanodalelės, kurios skirtingame gylyje į plokštelę išgręžia nanoskyles. Branzas sako, kad auksas gali būti naudojamas vėl ir vėl.
Šis ėsdinimo procesas kambario temperatūroje trunka tris minutes ir mažiau nei minutę 40 ºC temperatūroje. Rezultatas – juoda, labai sugerianti silicio plokštelė, kurios paviršius nusėtas mažyčiais įvairaus gylio tuneliais. Poros sukuria paviršių be aštrių kraštų, atspindinčių šviesą, o jų gylio kitimas yra esminis dalykas, nes tunelių ilgis lemia, su kuriuo šviesos bangos ilgiu jis sąveikaus. Tunelio ilgio kitimas leidžia paviršiui sugauti platų šviesos spektrą.
Kelios grupės kuria juodąjį silicį saulės elementams ir kitiems optiniams įrenginiams. Kiti naudojo kelių pakopų procesą, kad sukurtų silicio tunelio reakcijas, pradedant metalo dalelėmis ant plokštelės paviršiaus, o vėliau pridedant rūgščių. Mes tai darome vienu skystu žingsniu, kuriam visiškai nereikia vakuuminių procesų, sako Branzas. Beverley, MA pagrįstas startuolis SiOnyx naudoja lazerio impulsus, kad sukurtų mažus kūgius ant silicio paviršių. Jų juodojo silicio formulė sukuria kitokią medžiagą nei NREL, bet turi panašias savybes. Įmonės įkūrėjas ir pagrindinis mokslininkas Jamesas Carey teigia, kad bendrovė tikisi į rinką patekti per metus. Carey neatskleidė, kokį fotovoltinį efektyvumą SiOnyx pasiekė naudodamas savo procesą.
Vonios, naudojamos šiandieninėse gamyklose saulės elementų valymui tarp ėsdinimo etapų, gali būti naudojamos juodai silicio dangai sukurti, sako Branzas, o tai reiškia, kad šį procesą gamintojai galėtų pritaikyti už labai mažą kainą. Agentūra kreipėsi dėl proceso patentų.