211service.com
Raktas į geresnius saulės elementus: nelygūs veidrodžiai
Dažams jautrius plonasluoksnius saulės elementus pagaminti pigiau nei įprastus silicio elementus, tačiau jie vis tiek yra gana neefektyvūs.
Nanodomai: 600 nanometrų pločio ir 200 nanometrų aukščio (viršuje) kvarcinių kupolų rinkinys įspaudžiamas į ploną titano dioksido plėvelę, kad būtų įspaustos skylės plėvelėje (apačioje). Skylių užpildymas sidabru padeda sugauti daugiau šviesos dažų pagrindu pagamintuose saulės elementuose.
Dabar Stanfordo universiteto mokslininkai panaudojo specialiai sukurtą metalinį reflektorių, kad padidintų kieto elektrolito dažais jautrintų saulės elementų efektyvumą net 20 procentų. Atšvaitas yra plona sidabrinė plėvelė su daugybe nanoskalės iškilimų. Tyrėjai naudoja plėvelę užpakaliniam ląstelių paviršiui padengti; plėvelė padeda sulaikyti daugiau šviesos ląstelių viduje. Priklausomai nuo dažų, mes gauname apie 5–20 procentų daugiau absorbcijos, sako Michaelas McGehee , Stenfordo pažangiosios molekulinės fotoelektros centro direktorius. McGehee vadovavo tyrimui, kuris šią savaitę buvo paskelbtas internete žurnale Pažangios energetinės medžiagos .
Neseniai komerciškai debiutavo dažams jautrios plonasluoksnės ląstelės, kurių šviesos ir elektros konversijos efektyvumas yra maždaug 11 procentų. Tačiau jie naudoja skystus elektrolitus, kurie yra lakūs ir gali nutekėti. Ląstelių su kietaisiais elektrolitais efektyvumas yra tik apie 5 proc.
Jie paėmė geriausią kietojo kūno dažų elementą ir patobulino, sako Davidas Ginger , Vašingtono universiteto chemijos profesorius iš Stanfordo mokslininkų. Dar geriau, jie tai padarė naudodami technologijas ir metodus, kurie gali būti naudojami gamybos aplinkoje.
Dažų pagrindu pagaminti saulės elementai yra sudaryti iš puslaidininkinių nanokristalų (paprastai titano dioksido arba titano oksido), kurie yra padengti dažų molekulėmis ir kartu su elektrolitu įterpiami tarp stiklo arba plastiko lakštų. Dažai sugeria šviesą ir sukuria elektronus bei teigiamai įkrautas skyles. Kristalai perkelia elektronus į vieną elektrodą, kad sukurtų elektros srovę, o elektrolitas perneša skylutes į kitą elektrodą.
Tačiau kietieji elektrolitai nėra tokie veiksmingi kaip skystieji, o elektronai ir skylės rekombinuojasi lengviau. Siekiant to išvengti, titano sluoksnis yra labai plonas – paprastai dviejų mikrometrų. Tačiau kuo plonesnės ląstelės, tuo greičiau šviesa praeina pro jas ir nesusigeria. Tyrimai, skirti pagerinti šių ląstelių efektyvumą, paprastai buvo skirti stipresnių dažų ir naujų nanokristalų tipų kūrimui. Tačiau McGehee ir jo kolegos naudojo plazmoninius reflektorius, kad pagerintų savo ląstelės efektyvumą.
Plazmonai yra elektronų virpesiai metalo paviršiuje, kai juos sužadina šviesa. Valdydami paviršiaus formą, galite valdyti sukurtų plazmonų tipą, o tai savo ruožtu įtakoja šviesos sąveiką su medžiaga.
Stanforde pagamintas atšvaitas turi iškilimus, kurie sukuria plazmonus, kurie kai kuriuos įeinančius šviesos spindulius pasuka 90 laipsnių kampu. Taigi, užuot atsimušę nuo sidabro ir išėję iš ląstelės, daugiau šviesos išsisklaido pirmyn ir atgal ląstelės viduje, todėl dažai ilgiau jį sugeria.
Tyrėjai gamino savo prietaisus padengdami stiklą skaidriu laidžiu elektrodu, ant kurio nusodino titano nanodalelių sluoksnį. Tada jie paėmė kvarco gabalą, padengtą 600 nanometrų pločio kupolu, ir įspaudė jį į titano drožlę, efektyviai įspaudę mažytėmis skylutėmis. Galiausiai jie pridėjo dažų ir sidabro sluoksnių.
Tai pirmas kartas, kai plazmoninės struktūros buvo pritaikytos kietojo kūno dažais jautriems saulės elementams, pranešama apie žymiai padidėjusį ląstelių efektyvumą. Kylie Catchpole , Australijos nacionalinio universiteto mokslinis bendradarbis. „Catchpole“ naudoja šviesą sulaikančius plazmonikus, kad padidintų kitų tipų plonasluoksnių saulės elementų efektyvumą.
Dar reikia daug nuveikti, kol technologija pateks į rinką, sako Martinas Greenas , kuris Naujojo Pietų Velso universitete dirba šviesą gaudančių fotovoltinių elementų srityje. Greenas teigia, kad dažams jautrintos ląstelės sulaukė didžiulio akademinės bendruomenės susidomėjimo, tačiau jos padarė [mažą] komercinį poveikį dėl mažo efektyvumo ir abejotino patvarumo, palyginti su komercinėmis ląstelėmis. Skystųjų elektrolitų elementai įsiveržė į rinką, tačiau Greenas taip pat skeptiškai vertina jų perspektyvas.
Tačiau McGehee yra įsitikinęs, kad bus įmanoma pasiekti pakankamai didelį efektyvumą. Mokslininkai dabar siekia sukurti atšvaitus su įvairaus dydžio, aukščio, tarpais ir raštais iškilusiais iškilimais. Pakeitus šiuos veiksnius, jie turėtų galėti padidinti šviesos kiekį, kurį ląstelės sugeria. Jie taip pat galėjo ištirti įvairius dažus. Jis sako, kad tikrai yra aiškus kelias, kaip padidinti efektyvumą daugiau nei 20 procentų.