211service.com
Užfiksuokite daugiau šviesos su vienu saulės elementu
Veiksmingiausi saulės elementai paprastai turi kelis puslaidininkinių medžiagų sluoksnius, kurių kiekvienas sureguliuotas taip, kad skirtingų spalvų šviesą paverstų elektra. Tyrėjai adresu Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija dabar pagamino vieną puslaidininkį, kuris atlieka beveik tą patį darbą. Dar svarbiau, kad jie gamino medžiagą naudodami įprastą gamybos techniką, o tai rodo, kad ją galima pagaminti palyginti nebrangiai.
Ląstelės prototipas: Šiame mažame saulės elemente yra puslaidininkinė medžiaga, skirta sugerti daugiau saulės spektro.
Kelios mokslinių tyrimų grupės kuria puslaidininkines medžiagas, kurios sunaudoja daugiau saulės šviesos energijos, remdamosi 1960 m. kilusia idėja pakeisti saulės elementų puslaidininkių medžiagų sąveiką su šviesa. Tačiau tame tyrime naudojamas medžiagas paprastai būna labai sunku pagaminti.
Dar liko daug darbo, kol Lawrence'o Berkeley laboratorijos medžiaga gali būti panaudota praktiškame saulės elemente, tačiau teoriškai ji galėtų paversti beveik pusę saulės šviesos energijos į elektrą – tris kartus daugiau nei dauguma vieno sluoksnio (arba vienos jungties) saulės energijos. ląstelės. Toks saulės elementas taip pat galėtų kainuoti mažiau nei sluoksniuotos (arba kelių jungčių) saulės baterijos, kurių šiuo metu reikia dideliam efektyvumui pasiekti, nes tam reikės tik vienos puslaidininkinės medžiagos.
Įprastoje puslaidininkinėje medžiagoje reikia tam tikro energijos kiekio, kad išlaisvintų elektroną ir generuotų elektrą. Fotonai, turintys mažiau energijos, tarkime, infraraudonųjų spindulių fotonai, negeneruoja elektros energijos. Ir jei fotonas turi daugiau nei minimumas, pavyzdžiui, fotonas energingoje ultravioletinėje šviesoje, papildoma energija iššvaistoma kaip šiluma.
Naujoji puslaidininkinė medžiaga pagaminta galio arsenido pagrindu. Paprastai šiai medžiagai elektros energijai gaminti reikalingi didelės energijos fotonai. Tačiau mokslininkai jį modifikavo taip, kad daugiau nei vieno fotono energija būtų naudojama elektronui išlaisvinti – energija sumuojasi tol, kol išsilaisvina elektronas. Kai kuriuos arseno atomus medžiagoje pakeitus azoto atomais, susidaro sritys, kurios veikia kaip atspirties taškai elektronams, kurie sugėrė dalį energijos iš mažos energijos fotonų, kur jie gali laukti, kol gaus energijos iš daugiau fotonų. Wladekas Walukevičius , kuris vadovauja Saulės energijos medžiagų tyrimų grupei Lawrence'o Berkeley laboratorijoje, taip pat vadovavo projektui.
Naujoji medžiaga paverčia didelės energijos fotonus į elektrą, neeikvodama jų energijos kaip šilumos, o taip pat paverčia mažos energijos fotonus elektra – fotonais, kurių medžiaga paprastai nesugertų.
Panašus efektas pasiekiamas komerciniuose kelių jungčių saulės elementuose, kurie gaminami iš esmės sudedant tris saulės elementus vienas ant kito, kiekvienas optimizuotas skirtingos spalvos šviesai. Tačiau šių trijų saulės elementų derinimas yra brangus ir sudėtingas, nes kiekvienas sluoksnis turi būti glaudžiai suderintas su kitais sluoksniais.
Saulės elemento prototipas vis dar gana neefektyvus. Dalis problemos yra ta, kad daugelis elektronų, sugėrusių šiek tiek energijos iš mažos energijos fotonų, tos energijos neišlaiko pakankamai ilgai, kad sugertų energiją iš kito fotono. Šie elektronai niekada nepadaro jo iš medžiagos, o energija prarandama kaip šiluma. Tyrėjai bendradarbiauja su dviem įmonėmis, Rose Street Labs Energy ir Sumika Electronic Materials, kad išspręstų šią problemą. Pavyzdžiui, vienas iš variantų yra medžiagos legiravimas fosforo atomais, siekiant pakeisti jų elektrines savybes.
Tai bus sudėtinga, sako Andrew Normanas, tyrėjas Nacionalinė atsinaujinančios energijos laboratorija . Normanas taip pat dirbo su tokio tipo saulės elementais, nors vienas pagamintas iš labai skirtingų medžiagų. Normanas sako, kad naujasis darbas yra įdomus, ypač dėl aukštos įtampos, kurią gamina elementas, tačiau jis pažymi, kad pasirodė sunku komercializuoti tokio tipo elementus. Reikia stebėtis, kodėl per 50 metų niekam nepasisekė, sako jis.