211service.com
Ogniwa słoneczne, które widzą kolor czerwony
Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda zademonstrowali zestaw materiałów, które mogłyby umożliwić ogniwom słonecznym wykorzystanie pasma widma słonecznego, które w przeciwnym razie byłoby marnowane. Materiały ułożone z tyłu ogniw słonecznych przekształciłyby światło czerwone i bliskiej podczerwieni – nieużyteczne w dzisiejszych ogniwach słonecznych – w światło o krótszej długości fali, które ogniwa mogą zamienić w energię. Naukowcy uniwersyteccy będą współpracować z Centrum Badawczo-Technologiczne Bosch w Palo Alto w Kalifornii, aby zademonstrować system działających ogniw słonecznych w ciągu najbliższych czterech lat.
Przełącznik światła: W procesie, który mógłby zwiększyć wydajność ogniw słonecznych, zielone światło lasera jest przekształcane w światło niebieskie przez roztwór barwników i nanocząstek metali.
Nawet najlepsze z dzisiejszych krzemowych ogniw słonecznych nie mogą zużywać około 30 procent światła słonecznego: to dlatego, że aktywne materiały w ogniwach słonecznych nie mogą wchodzić w interakcje z fotonami, których energia jest zbyt niska. Ale chociaż każdy z tych pojedynczych fotonów jest niskoenergetyczny, jako całość reprezentują dużą ilość niewykorzystanej energii słonecznej, która może sprawić, że ogniwa słoneczne będą bardziej konkurencyjne cenowo.
Proces, zwany konwersją w górę, opiera się na parach barwników, które absorbują fotony o danej długości fali i ponownie emitują je jako mniej fotonów o krótszej długości fali. W tym przypadku naukowcy z Bosch i Stanford będą pracować nad systemami przetwarzającymi fale bliskiej podczerwieni (z których większość nie nadaje się do użytku przez dzisiejsze ogniwa słoneczne). Przewodnicząca grupy Stanford, adiunkt Jennifer Dionne, uważa, że grupa może poprawić wydajność konwersji światła słonecznego w energię elektryczną amorficznych krzemowych ogniw słonecznych z 11 do 15 procent.
Koncepcja konwersji w górę nie jest nowa, ale nigdy nie została zademonstrowana w działającym ogniwie słonecznym, mówi Inna Kozinsky, starszy inżynier w Bosch. Konwersja w górę zazwyczaj wymaga dwóch rodzajów cząsteczek, aby pochłonąć fotony o stosunkowo dużej długości fali, połączyć ich energię i ponownie wyemitować ją jako fotony o wyższej energii i mniejszej długości fali. Jednak szanse na to, że cząsteczki spotkają się we właściwym czasie, gdy znajdują się we właściwych stanach energetycznych, są niskie. Dionne opracowuje nanocząsteczki, które zostaną dodane do tych systemów, aby zwiększyć te szanse. Aby stworzyć lepsze systemy konwersji w górę, Dionne projektuje metalowe nanocząsteczki, które działają jak maleńkie anteny optyczne, kierując światło w tych systemach barwników w taki sposób, że barwniki są wystawione na więcej światła we właściwym czasie, co tworzy więcej światła przekonwertowanego w górę, a następnie ukierunkowuje w końcu więcej tego przekonwertowanego światła z systemu.
Ostateczną wizją, mówi Dionne, jest stworzenie bryły. Arkusze takiego materiału można by ułożyć na dnie ogniwa, oddzielone od samego ogniwa warstwą izolującą elektrycznie. Fotony o małej długości fali, które przechodzą przez warstwę aktywną, byłyby absorbowane przez warstwę konwertera w górę, a następnie ponownie emitowane do warstwy aktywnej jako użyteczne światło o większej długości fali.
Kozinsky mówi, że celem Boscha jest wykazanie konwersji światła czerwonego w pracujących ogniwach słonecznych w ciągu trzech lat i konwersji światła podczerwonego w ciągu czterech lat. Biorąc pod uwagę czas potrzebny na zwiększenie skali produkcji, mówi, że technologia może znaleźć się w komercyjnych ogniwach słonecznych Bosch za siedem do 10 lat.