211service.com
Jak powierzchnie pochłaniające światło zwiększą wydajność ogniw słonecznych?
Poprawa wydajności ogniw fotowoltaicznych to jedno z wielkich wyzwań dla nauki o energii odnawialnej. W laboratorium najlepsze komórki są w stanie zamienić prawie połowę padającego na nie światła słonecznego (44 procent), chociaż w przypadku komórek komercyjnych jest to mniej niż połowa tego.
Jednym ze sposobów poprawy sytuacji jest zminimalizowanie ilości światła odbijanego od komórki lub przepuszczanego przez nią, ponieważ ta energia jest wyraźnie tracona. Konwencjonalne podejście polega na zastosowaniu powłoki antyrefleksyjnej, którą można zoptymalizować w celu zminimalizowania odbić, szczególnie przy optymalnych częstotliwościach ogniwa.
Ale jest problem. Chociaż te powłoki dobrze zapobiegają odbiciom, nie mogą zatrzymać przepuszczania światła. A dla następnej generacji cienkowarstwowych ogniw słonecznych jest to szczególny problem. W niektórych przypadkach prawie połowa światła przechodzi na wprost.
Dlatego najnowsze badania skupiają się na innym podejściu – uchwyceniu wchodzącego światła i uwięzieniu go na powierzchni. Zapobiega to zarówno odbiciu, jak i transmisji, a zatem może znacznie zwiększyć wydajność cienkowarstwowych ogniw słonecznych. Oczywiście pytanie brzmi, jak najlepiej to zrobić w sposób, który jest komercyjnie opłacalny.
Dzisiaj Constantin Simovski z Uniwersytetu Aalto w Finlandii wraz z kilkoma kumplami ujawniają swój projekt nowej struktury pułapkującej światło. Ich pomysł polega na pokryciu komórki regularnym szeregiem srebrnych nanoantenek, które przekształcają zwykłe nadchodzące fale w bardziej egzotyczne, które rozchodzą się przez samą płytę fotowoltaiczną.
Praca jest badaniem teoretycznym i symulacją tego, jak dobre mogą być te nanoanteny, a wnioski są obiecujące. Pokazujemy, że [układ nanoantenowy może] znacznie zwiększyć ogólną wydajność widmową ogniw słonecznych o bardzo małej grubości. Mówią.
Symulacje dają kilka interesujących liczb. Simovski i wsp. obliczyli, że zwykła powłoka przeciwodblaskowa traci około 7 procent światła w wyniku odbicia, a 46 procent jest tracone przez transmisję.
W przeciwieństwie do tego, ich powierzchnia pochłaniająca światło traci 20% na odbicie, ale tylko 8% na transmisję. Sama dodatkowa powierzchnia pochłania kolejne 6%. To znacznie lepiej, ale jest też ważna kwestia kosztów produkcji.
Simovski i spółka twierdzą, że dzięki nowym technikom wytwarzania macierzy nanoanteny na cienkiej warstwie można to zrobić niskim kosztem. Czy można to zrobić na wymaganą skalę za opłacalną cenę, dopiero się okaże.
Niemniej jednak powierzchnie zatrzymujące światło wydają się obiecującym sposobem na zwiększenie wydajności cienkowarstwowych ogniw słonecznych – pod warunkiem, że ktoś będzie w stanie wymyślić, jak je zrobić wystarczająco tanio.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1301.3290 : Zwiększona wydajność pułapkujących światło matryc nanoanten dla cienkowarstwowych ogniw słonecznych