Фотоэлементы с эффективностью более 50%

solarcelldesВ фотоэлементах солнечная энергия преобразуется в электрическую, превращая фотоны в электроны. Новая конструкция фотоэлементов может повысить эффективность преобразования энергии до более 50%, поглощая спектральные компоненты более длинных волн, которые обычно теряются при работе фотоэлемента. Таковы  результаты исследования, опубликованные 6 апреля в онлайн-издании Nature Communications.

Это исследование было проведено командой, возглавляемой профессором Кита Такаши и ассистентом проекта Асахи Шигео из Высшей инженерной школы в Кобе.

Теоретически 30% эффективности преобразования энергии являются верхним пределом для традиционных одноконтактных фотоэлементов, так как большая часть солнечной энергии, которая попадает в фотоэлемент, проходит через него без поглощения, или вместо этого превращается в тепловую энергию. По всему миру проводятся эксперименты по созданию различных конструкций фотоэлементов, которые могли бы преодолеть это предел эффективности и уменьшить потери солнечной энергии. Текущий мировой рекорд составляет 46% для 4-контактного фотоэлемента. Эффективность фотоэлементов свыше 50% окажет большое влияние на стоимость производства электроэнергии.

Профессор Кита Такаши, возглавляющий исследовательский проект, утверждает, что новый фотоэлемент предназначен для захвата спектральных компонентов более длинноволнового диапазона, которые обычно теряются при прохождении через фотоэлемент.

Чтобы уменьшить эти большие потери энергии и повысить эффективность, исследовательская группа профессора Кита использовала два фотона из энергии, прошедшей через одноконтактный фотоэлемент, который содержит гетерограницу, образованную из полупроводников с различными запрещенными зонами. Используя эти фотоны, они разработали новую конструкцию фотоэлементов. Такая новая конструкция фотоэлемента наряду с демонстрацией теоретических результатов с эффективностью преобразования до 63%, позволила экспериментально добиться высокой эффективности, основанной на двух фотонах. Снижение потерь энергии, продемонстрированное этим экспериментом, более чем в 100 раз эффективнее по сравнению с предыдущими методами, где использовались промежуточные (средние) диапазоны частот.

Исследовательская группа объяснила, что фотоны низкого диапазона для Al0.3Ga0.7As возбуждают арсенид галлия (GaAs) и генерируют электроны на гетерогранице. Затем эти электроны перекачиваются вверх в барьер Al0.3Ga0.7As фотонами низкого диапазона для GaAs. Такое двухшаговое преобразование фотонов, сказал Такаши, достигается за счет введения квантовых точек арсенида индия (InAs) на гетерогранице.

Команда намерена продолжать конструировать новые фотоэлементы и оценивать их работу, основываясь на эффективности преобразования, а также продолжать работу над высокоэффективным фотоэлементом, пригодным для производства дешевой электроэнергии.

solarcelldes 1

Источник: https://phys.org/news/2017-04-solar-cell-energy-conversion-efficiency.html

Написать нам