NAUKOWCY OPRACOWUJĄ NOWE MODUŁY

Naukowcy projektują ogniwa słoneczne, które wychwytują prawie całą energię słonecznego widma.
Badacz SEAS pomógł w opracowaniu technologii, która mogłaby stać się najbardziej wydajnym ogniwem słonecznym na świecie.

Badacz z Uniwersytetu George'a Washingtona pomógł zaprojektować i zbudować prototyp nowego ogniwa słonecznego, które integruje wiele komórek ułożonych w jedno urządzenie zdolne do wychwytywania prawie całej energii w widmie słonecznym.

Nowa konstrukcja, która zamienia bezpośrednie światło słoneczne na elektryczność z wydajnością 44,5%, ma potencjał, aby stać się najbardziej wydajnym ogniwem słonecznym na świecie.

Podejście to różni się od paneli słonecznych powszechnie spotykanych na dachach lub na polach. Nowe urządzenie wykorzystuje koncentratorowe panele fotowoltaiczne (CPV), które wykorzystują soczewki do koncentrowania światła słonecznego na maleńkich ogniwach słonecznych w mikroskali. Ze względu na ich mały rozmiar - mniej niż jeden milimetr kwadratowy - ogniwa słoneczne, które wykorzystują bardziej wyrafinowane materiały, mogą być opłacalne.

Badanie „Ogniwa słoneczne oparte na GaSb do pełnego pozyskiwania energii z widma słonecznego” opublikowano w poniedziałek w czasopiśmie Advanced Energy Materials.

Komórka ułożona w stos działa prawie jak sito dla światła słonecznego, z wyspecjalizowanymi materiałami w każdej warstwie absorbującymi energię określonego zestawu długości fal, powiedział Matthew Lumb, główny autor badania i naukowiec w Szkole Inżynierii i Nauk Stosowanych. Zanim światło zostanie skierowane przez stos, prawie połowa dostępnej energii została przekształcona w energię elektryczną. Dla porównania, obecnie najpowszechniejsze ogniwo słoneczne przekształca tylko jedną czwartą dostępnej energii w energię elektryczną.

„Około 99 procent mocy zawartej w bezpośrednim świetle słonecznym docierającym do powierzchni Ziemi mieści się między długościami fali 250 nanometrów i 2500 nanometrów, ale konwencjonalne materiały do wysokowydajnych ogniw słonecznych wielozłączowych nie są w stanie uchwycić całego tego zakresu widmowego” - powiedział dr Lumb . „Nasze nowe urządzenie jest w stanie odblokować energię zmagazynowaną w fotonach o długich falach, które są tracone w konwencjonalnych ogniwach słonecznych, a zatem zapewnia ścieżkę do realizacji najlepszego wielozłączowego ogniwa słonecznego”.

Naukowcy pracowali nad rozwojem bardziej wydajnych ogniw słonecznych od lat, jednak to podejście ma dwa nowe aspekty. Wykorzystuje rodzinę materiałów na bazie substratów antymonku galu (GaSb), które zwykle znajdują się w zastosowaniach dla laserów na podczerwień i fotodetektorów. Te ogniwa słoneczne oparte na GaSb są składane w strukturę ułożoną w stos wraz z wysokowydajnymi ogniwami słonecznymi hodowanymi na konwencjonalnych podłożach, które wychwytują fotony słoneczne o mniejszej długości fali. Ponadto procedura układania wykorzystuje technikę zwaną drukowaniem transferowym, która umożliwia trójwymiarowy montaż tych małych urządzeń z wysokim stopniem precyzji.

To konkretne ogniwo słoneczne jest bardzo drogie, ale naukowcy uważają, że ważne było wykazanie górnej granicy tego, co jest możliwe pod względem wydajności. Pomimo obecnych kosztów związanych z zastosowanymi materiałami, technika zastosowana do stworzenia komórek jest obiecująca, twierdzą naukowcy. Ostatecznie można wprowadzić na rynek podobny produkt dzięki obniżeniu kosztów z bardzo wysokich poziomów koncentracji energii słonecznej i technologii recyklingu drogich substratów wzrostu.

Badania opierają się na postępach poczynionych przez program MOSAIC, projekt badawczy o wartości 24 mln USD, finansowany przez agencję Advanced Research Projects Agency-Energy, która finansuje 11 oddzielnych zespołów w Stanach Zjednoczonych, dążąc do opracowania technologii i koncepcji, które zrewolucjonizują wydajność fotowoltaiki i obniżą koszty. Finansowanie tego typu badań ma zasadnicze znaczenie dla rozwoju opłacalnej technologii komercyjnej w przyszłości, twierdzą naukowcy.

Żródło: https://gwtoday.gwu.edu/scientists-design-solar-cell-captures-nearly-all-solar-spectrum-energy