Солнечные элементы могут совершить скачок в эффективности: найден способ повысить КПД с 33% до 43%
iXBT.com · · g3128760
Исследователи Института фотонных наук (ICFO) в Барселоне разработали и испытали способ уменьшить потери энергии в солнечных элементах. Для этого ученые предложили управлять направлением, в котором фотоны покидают солнечный элемент. По расчетам, такой подход в будущем может повысить теоретический предел КПД обычных однопереходных солнечных элементов с 33,16% почти до 43%.
Исследователи Института фотонных наук (ICFO) в Барселоне разработали и испытали способ уменьшить потери энергии в солнечных элементах. Для этого ученые предложили управлять направлением, в котором фотоны покидают солнечный элемент. По расчетам, такой подход в будущем может повысить теоретический предел КПД обычных однопереходных солнечных элементов с 33,16% почти до 43%.
Солнечные элементы не только поглощают солнечный свет, но и сами излучают фотоны. При этом солнечный свет попадает на поверхность элемента из относительно узкого диапазона направлений, поскольку Солнце занимает небольшую область неба. Фотоны внутри элемента, наоборот, могут выходить практически во все стороны. Из-за этого часть энергии теряется.
Ученые предложили ограничить направления, в которых фотоны могут покидать солнечный элемент. Для проверки идеи они использовали органический солнечный элемент и изменили его конструкцию так, чтобы она лучше контролировала распространение света.
В конструкции применили серебряные электроды и несколько дополнительных слоев. Они отражают фотоны, которые пытаются выйти под большими углами, и заставляют их двигаться в более узком диапазоне направлений. При этом солнечный свет по-прежнему попадает внутрь элемента и используется для выработки электричества.
Эксперимент показал, что такой подход действительно позволяет уменьшить энергетические потери. При этом технология не требует принципиального усложнения производства по сравнению с некоторыми другими способами повышения эффективности солнечных элементов.
Сейчас теоретический предел КПД обычного однопереходного солнечного элемента, известный как предел Шокли — Квайссера, составляет около 33,16%. Расчеты ученых показывают, что при достаточно сильном ограничении направления излучения этот показатель теоретически можно приблизить к 43%.
При этом солнечный элемент с КПД 43% в рамках исследования создан не был. Ученые лишь подтвердили сам принцип уменьшения потерь. Исследователи считают, что предложенный принцип можно будет использовать не только в органических солнечных элементах, но и в других фотоэлектрических технологиях. Если его удастся адаптировать для массового производства, солнечные панели смогут вырабатывать больше электроэнергии с той же площади.