 Исследователи из Массачусетского технологического института и Стэнфордского университета разработали новый вид солнечных батарей, который объединяет два различных слоя материала, поглощающего солнечный свет, чтобы собрать более широкий диапазон солнечной энергии. Развитие может привести к фотоэлементам, которые являются более эффективными, чем те, которые в настоящее время используется в установках солнечной электростанций, по словам исследователей.
Новая ячейка использует слой кремния, который является основой для большинства современных солнечных панелей, но при этом добавляет полу-прозрачный слой материала, называемого перовскитом, который может поглощать частицы больших энергий света. В отличие от более раннего «тандемного» фотоэлемента, в котором два слоя физически сложены, но каждый при этом имеет свои собственные отдельные электрические соединения, новая версия имеет оба слоя, связанные вместе как одно устройство, которое нуждается только в одной цепи управления.
Новые данные представлены в журнале Applied Physics Letters Массачусетского технологического института, аспирант Джонатан Майлоа; доценомт машиностроения Тонио Буонассиси; Колином Бейли и Майклом Мак-Ги в Стэнфорде; и четырьмя другими.
«Различные слои поглощают различные части солнечного света», объясняет Майлоа. В более ранней тандемной солнечной батарее, два слоя фотоэлектрического материала могут осуществляться независимо друг от друга, и необходимость в их собственной проводке и схемам управления, позволяют каждой ячейке быть настроенной независимо друг от друга для обеспечения оптимальной производительности.
«В отличие от этого, новый комбинированный вариант должен быть гораздо проще для изготовления и установки», говорит Майлоа. «Он имеет преимущества с точки зрения простоты, потому что он выглядит и работает так же, как одна кремниевая ячейка, требующая только одну электрическую цепь управления.»
Один компромисс состоит в том, что ток, ограничивается мощностью менее двух слоев. Электрический ток, по объяснению Буонассиси, можно рассматривать как аналог объема воды, проходящей через трубу, который ограничен диаметром трубы. При подключении двух отрезков труб различных диаметров, один за другим, «количество воды ограничено узкой трубой», говорит он. Объединение двух слоев солнечных элементов в серии имеет тот же ограничивающий эффект на предельном токе.
Для решения это ограничения, команда стремится соответствовать как можно точнее текущему выходу двух слоев. Для солнечной ячейки это означает, что полная выходная мощность примерно такая же, как у обычных солнечных батарей. Сейчас команда работает над оптимизацией этого выхода.
Перовскиты были изучены для потенциальных электронных применений, включая солнечных батареи, но это первый раз, когда они были успешно спарены с кремниевыми ячейками в этой конфигурации, что оказалось достижением, создавшим многочисленные технические проблемы. Теперь команда сосредоточена на увеличении энергетической эффективности - проценте энергии солнечного света, который преобразуется в электричество. В первоначальном варианте, эффективность составила 13,7 процента, но исследователи говорят, что они определили дешевые способы улучшения эффективности до 30 процентов - существенное улучшение по сравнению с сегодняшними кремниевыми солнечными элемента - и они говорят, что эта технология может в конечном счете, добиться энергетической эффективности более чем на 35 процентов.
Они также будут изучать, как легко изготавливать новый тип устройства, но Буонассиси говорит, что это должно быть относительно просто, так как материалы делается с помощью методов, очень похожих на обычное производство кремний-клеток.
Одно серьезное препятствие остается для того, чтобы материал оставлася коммерчески жизнеспособным: материал перовскита быстро деградирует на открытом воздухе, так что он либо должен быть изменен, чтобы улучшить свою неотъемлемую прочность или инкапсулирован, чтобы предотвратить контакт с воздухом - без добавления значительных производственных затрат и без снижения производительности.
Это точная формулировка может оказаться не самой выгодной для улучшения солнечных элементов, по словам Буонассиси, но это один из нескольких путей, которые стоит исследовать. «Наша работа состоит в том, чтобы предоставить варианты миру», говорит он. «Рынок будет выбирать среди них».
|
