211service.com
Kad silicis mažiau atspindėtų
Silicio saulės elementai atspindi maždaug trečdalį šviesos, kurią jie galėtų paversti elektra. Rennselaer politechnikos instituto (RPI) Trojoje, NY, mokslininkų sukurta nauja nanostruktūrinė danga sumažina šiuos atspindžius tik iki 4 procentų. Taikomosios fizikos profesorius Shawn-Yu Lin ir jo kolegos apskaičiavo, kad ši danga galėtų padidinti silicio saulės elemento efektyvumą šviesą paversti elektra beveik 43 procentais. Savo rezultatus jie pristatė spalio 29 d Optikos raidės popierius.
Be veidrodžio: 700 nanometrų storio septynių sluoksnių antirefleksinė danga ant silicio plokštelės sumažina saulės šviesos atspindį, patenkančią beveik visais bangos ilgiais ir kampais. Danga galėtų padidinti silicio saulės elementų efektyvumą.
Linas sako, kad naujoji danga apsaugo nuo atspindžio saulės spinduliams, patenkantiems beveik visais kampais ir visais saulės šviesos bangos ilgiais. Tai 700 nanometrų storio skirtingų medžiagų sluoksnių struktūra, kurią mokslininkai išaugina ant silicio plokštelės. Daugiasluoksnė danga sumažina matomų ir artimų infraraudonųjų spindulių bangų, kurias silicis gali paversti elektra, atspindį.
Šiuo metu saulės elementų gamintojai atspindžiui sumažinti naudoja ploną silicio nitrido sluoksnį. Tačiau sluoksnis pašalina labai siauro bangos ilgio diapazono atspindį - jo storis diktuoja diapazoną. Kita problema yra ta, kad jis gerai veikia tik kai šviesa patenka tam tikrais kampais. Silicio nitridu padengtos silicio plokštelės atspindi beveik 20 procentų ant jų patenkančios naudingos šviesos.
Linas ir jo kolegos anksčiau buvo sukūrę panašią aliuminio nitrido dangą, kuri naudojama šviesos diodams gaminti. Tačiau naujoji danga sukurta specialiai siliciui – medžiagai, plačiai naudojamai saulės elementuose. Danga turi septynis sluoksnius: du apatiniai pagaminti iš titano, trys viduriniai iš įvairių silicio dioksido ir titano mišinių, o du viršutiniai iš pasvirusių nanoskalės silicio dioksido strypų.
Atspindys dviejų medžiagų, šiuo atveju oro ir silicio, sąsajoje priklauso nuo jų lūžio rodiklių skirtumo – medžiagos gebėjimo lenkti šviesą. Sumažinus skirtumą sumažėja atspindys. Oro lūžio rodiklis yra 1, o silicio - 3,5. Tyrėjai naudoja sluoksnius, kad suskaidytų šią spragą į mažesnius žingsnius. Viršutinio silicio dioksido nanorodelio sluoksnio indeksas yra 1,09, o žemyn, kiekvienas sluoksnis turi iš eilės didesnį indeksą. Nuoseklus daugiasluoksnės nanostruktūros išdėstymas leidžia saulės šviesai švelniai nusileisti ant saulės elemento, sako Linas. Praeidama per kiekvieną sluoksnį šviesa palaipsniui vis labiau lenkia ir mažiau jos atsispindi atgal į orą.
Tyrėjai nusodina pasvirusius silicio dioksido nanostūmoklius į viršutinius du sluoksnius laikydami plokštelę kampu. Valdydami nanorodelių kampus, mokslininkai kontroliuoja medžiagos poringumą, sukurdami sluoksnius su itin mažu lūžio rodikliu.
Linas ir jo grupė RPI nėra vieninteliai, kurie dirba su šia problema. Pengas Dziangas , Floridos universiteto chemijos inžinerijos profesorius, gamina antirefleksines dangas, ėsdydamas silicio paviršių, sukurdamas daugybę mažų silicio stulpelių, kurių aukštis yra mažesnis nei 300 nanometrų. Mūsų geriausi pavyzdžiai atspindi mažiau nei 1 procentą šviesos, todėl paviršius atrodo visiškai tamsus, sako Jiang. Jo darbais susidomėjo Europos saulės elementų gamintojai, todėl dabar jis kuria pradedančiąją įmonę, kuri gamins dangą didesniu mastu.
Linas sako, kad danga padidintų saulės elemento kainą keliais procentiniais punktais – ne daugiau nei dabartiniai silicio nitrido sluoksniai. Mokslininkai dabar planuoja sukurti tvirtesnes dangas, tinkamas naudoti su saulės elementais.