OTPORNIK.info
Elektronika oko nas
Ads

Efikasne tanke solarne ćelije


Prvi prototip ćelije koja koristi fotonične kristale obećava.

Istraživači sa MIT su prikazali novi tip solarnih ćelija koje bi se mogle mnogo efikasnije i jeftinije iskoristiti od ćelija koje se trenutno koriste. Profesor inženjerstva i nauke o materijalima Lajonel Kimerling (Lionel Kimerling) i njegove kolege su predstavile rezultate prvog prototipa na nedavnom skupu Udruženja Istraživača Materijala u Bostonu.

Dizajn kombinuje visokoefektni reflektor sa zadnje strane solarne ćelije sa antirefleksnim premazom sa prednje. Ovo pomaže “hvatanje” crvenog i infracrvenog svetla, koje se može upotrebiti za proizvodnju elektriciteta u silicijumu.

Istraživači su primenili njihovu šemu hvatanja svetlosti na tanke silicijumske ćelije debljine 5um. Njihova prototip solarna ćelija je 15% efikasnija u konvertovanju svetlosti od komercijalnih solarnih ćelija tankog filma. Vođa projekta Peter Bermel, glavni tehnološki referent u StarSolar rekao je da sofisticirane kompjuterske simulacije ukazuju na to da je moguće postići mnogo veću efikasnost.

Tankoslojne silicijumske ćelije mogu biti jeftinije od konvencionalnih zato što koriste stotinu puta manje materijala. Konvencionalne solarne ćelije koriste silicijumske vafere koji su oko 0.5mm tanki, dok tankoslojne imaju samo nekoliko mikrometara. Ali tankoslojni uređaji imaju malu efikasnost. Ovo je uglavnom zato što se crveni i fotoni blizu infracrvene svetlosti ne zadržavaju u silicijumu dovoljno dugo da bi bili apsorbovani.

Današnje solarne ćelije su potpomognute metalnim slojem, tipično aluminijumom, da bi reflektovali svetlost. Ali ova konstrukcija nije baš najbolja i 30% se gubi svaki put kad se odbije od metala.

Umesto korišćenja metalne pozadine, istraživači sa MIT su izdizajnirali zadnju površinu silicijumske solarne ćelije da bi je učinili efikasnijom u reflektovanju i hvatanju svetlosti. Prvo su ugravirali niz nabora i žlebova, nazvanih rešetka. Na vrhu su postavili phononični kristal – periodičnu strukturu sastavljenu od više naizmeničnih slojeva silicijuma i silicijum dioksida.
Fotonični kristal reflektuje svetlost, dok rešetka vraća svetlost nazad u silicijum pod malim uglom. Ovo drži svetlost unutra i sprečava da izađe napolje. Što se duže svetlost zadrži unutra, veća je verovatnoća da će se absorbovati i konvertovati u elektricitet.

“Ovaj rad demonstrira važnost poboljšavanja performansi tehnologije tankog filma,” kaže Stefan Sejlor (Stephen Saylor), glavni izvršni direktor SiOnyx. SiOnyx koristi drugi pristup za povećanje absorpcije crvene i infracrvene svetlosti u tankim silicijumskim uređajima. Kompanijin crni silicijum ima površinu koja je hrapava u nanoskali što pomaže u absorbovanju celokupne vidljive i infracrvene svetlosti.

U međuvremenu, u Ames Laboratoriji, fizičar Rana Bisvas (Rana Biswas) i njegove kolege koriste fotonične kristale da naprave amorfne silicijumske solarne ćelije efikasnijim. Njihov fotonični kristal je napravljen od mreže malenih silicijumskih cilindara unutar indijum-kalaj-oksid sloja. Ovo povećava efikasnost za najviše 15 procenata. Ali njihove amorfne silicijumske ćelije su samo 0.5um tanke, deseti deo MITovih. “Generalno, za amorfne silicijum-film solarne ćelije je potrebno mnogo manje materijala, tako da cena drastično pada,” kaže Bisvas. “Pored toga, mogu se postaviti na plastiku, što je veliki plus.”

MITovi istraživači imaju cilj da naprave solarne ćelije tankog filma dovoljno dobre da se mogu porediti sa konvencionalnim, kaže Bermel. Optimizacijom fotoničnog kristala i mrežne strukture, istraživači bi mogli povećati efikasnost do 13 procenata. Ovo bi se moglo porediti sa 13 do 15 procenata efikasnosti nekih konvencionalnih solarnih ćelija.

Solarne ćelije su trenutno daleko od praktičnih. Istraživači koriste skupu tehniku zvanu interferentna litografija radi izrade mreže. Dalje, naizmenični slojevi u reflektoru se slažu jedan po jedan, što zahteva puno vremena. Istraživači moraju naći način koji će im omogućiti masovnu proizvodnju po pristupačnoj ceni.

Bermel tvrdi da njegov tim već razmatra druge metode produkcije. Jedna obećavajuća opcija je nanoimprint litografija, ali je još nisu isprobali. “Povećanje efikasnosti od 35 procenata je jasno predviđeno u simulacijama,” on kaže, “ali je izazov napraviti praktično.”

Komentari su onemogućeni.