211service.com
Gorące elektrony mogą podwoić energię słoneczną
Przez dziesięciolecia naukowcy badali teoretyczne sposoby podwojenia mocy wyjściowej ogniw słonecznych – poprzez wykorzystanie tak zwanych gorących elektronów. Teraz naukowcy z Boston College dostarczyli nowe eksperymentalne dowody na to, że teoria będzie działać. Zbudowali ogniwa słoneczne, które otrzymują zastrzyk mocy z fotonów o wysokiej energii. Naukowcy twierdzą, że to przyspieszenie jest wynikiem ekstrakcji gorących elektronów.
Gorące ogniwo słoneczne: To ogniwo słoneczne jest wykonane z cienkich warstw amorficznego krzemu z aluminiowymi kropkami służącymi jako tylne styki elektryczne. Dostarcza dowodów na to, że możliwe jest podwojenie wydajności ogniw słonecznych.
Wyniki to krok w kierunku ogniw słonecznych, które przełamują konwencjonalne ograniczenia wydajności. Ze względu na sposób działania zwykłych ogniw słonecznych, teoretycznie mogą one przetwarzać co najwyżej około 35 procent energii słonecznej na energię elektryczną, a resztę marnować w postaci ciepła. Wykorzystanie gorących elektronów może skutkować wydajnością nawet 67 procent, mówi Mateusz Broda , starszy naukowiec w Narodowym Laboratorium Energii Odnawialnej w Golden, CO, który nie był zaangażowany w bieżące prace. Podwojenie wydajności ogniw słonecznych może obniżyć koszty energii słonecznej o połowę.
Konwencjonalne ogniwa słoneczne mogą skutecznie przekształcać energię światła o określonej długości fali w energię elektryczną. Na przykład, gdy ogniwo słoneczne zoptymalizowane pod kątem długości fal światła czerwonego pochłania fotony światła czerwonego, wytwarza elektrony o poziomie energii podobnym do fotonów przychodzących. Kiedy komórka absorbuje niebieski foton o wyższej energii, najpierw wytwarza elektron o podobnie wysokiej energii – gorący elektron. Ale to bardzo szybko traci dużą część swojej energii w postaci ciepła, zanim może uciec z komórki, aby wytworzyć energię elektryczną. (Odwrotnie, komórki zoptymalizowane pod kątem światła niebieskiego nie przekształcają światła czerwonego w energię elektryczną, więc poświęcają energię w tej części widma.)
Naukowcy z Boston College wykonali ultracienkie ogniwa słoneczne o grubości zaledwie 15 nanometrów. Ponieważ ogniwa były tak cienkie, gorące elektrony można było szybko wyciągnąć z ogniwa, zanim ostygły. Naukowcy odkryli, że napięcie wyjściowe komórek wzrastało, gdy oświetlały je światłem niebieskim, a nie czerwonym. Teraz usuwamy elektrony z niebieskiego światła, zanim stracą całą swoją nadmiarową energię, mówi Michael Naughton , profesor fizyki w Boston College.
Problem polega na tym, że ponieważ są tak cienkie, ogniwa słoneczne przepuszczają większość przychodzącego światła. W rezultacie przetwarzają tylko 3% energii wchodzącego światła na energię elektryczną. Myślę, że to obiecujące, mówi Beard. Dodaje jednak, że na razie pokazują tylko niewielki efekt.
Naughton mówi, że jego zespół planuje rozwiązać ten problem za pomocą nanoprzewodów. Podstawową ideą, wysuwaną obecnie przez wielu różnych badaczy, jest stworzenie lasów z nanodrutów, które będą absorbować światło na całej swojej długości. A ponieważ każdy nanodrut jest cienki, elektrony nie będą musiały daleko podróżować, aby uciec do przewodzącej warstwy na jego powierzchni. Mogłoby to umożliwić odtworzenie efektu gorących elektronów obserwowanego w cienkich ogniwach słonecznych. Naughton i współpracownicy komercjalizują takie nanoprzewody za pośrednictwem startupu o nazwie Solasta , z siedzibą w Newton, MA, która jest finansowana przez szanowaną firmę venture capital Kleiner Perkins Caufield & Byers .
Naukowcy mają również nadzieję na zwiększenie liczby gorących elektronów, które zbierają z zaabsorbowanego światła. Aby to zrobić, zwracają się do podejścia przyjętego przez Martin Green , profesor na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii w Australii i lider w wykorzystaniu gorących elektronów w ogniwach słonecznych. Ta metoda polega na włączeniu warstwy kropek kwantowych, które działają jak rodzaj filtra, selektywnie wydobywając elektrony o napięciu wyższym niż normalne, mówi Beard. Naughton mówi, że Solasta już wykazał, że możliwe jest włączenie takich kropek kwantowych do nanoprzewodów firmy.