Menu

Новий матеріал, нано-сендвіч, дозволяє збільшити ефективність сонячних батарей на 175 відсотків

Новый материал, нано-сэндвич, позволяет увеличить эффективность солнечных батарей на 175 процентов


Однією з головних причин низької ефективності сонячних батарей при перетворенні сонячного світла в електричну енергію є те, що більша частина падаючого сонячного світла відбивається від поверхні фотогальванічного елемента. Новий матеріал, що має структуру складного нано-бутерброда, розроблений дослідниками з Принстонського університету, що дозволяє мінімізувати кількість відбитого світла, що збільшує ефективність перетворення на цілих 175 відсотків.

Цей матеріал, розроблений групою, очолюваної професором Стівеном Чоу (Prof. Stephen Chou), є матрицею плазмонных западин з отворами, налаштованими на поглинання різних довжин хвиль світла (plasmonic cavity with subwavelength hole array, PlaCSH). Матеріал складається з п'яти найтонших шарів різних матеріалів.

Новый материал, нано-сэндвич, позволяет увеличить эффективность солнечных батарей на 175 процентов


Верхній шар, так званий "віконний" шар, через який сонячне світло проходить, в першу чергу, складається з листа надзвичайно чистого металу, в якому виготовлені отвори певних розмірів, віддалені один від одного на певні відстані. Діаметр отворів і відстань між ними вимірюється в нанометрах. Нижче верхнього шару йде шар з прозорого полімеру, нижче якого знаходиться шар з органічного напівпровідникового матеріалу. Передостаннім є шар окису титану, а в якості останнього виступає шар алюмінію, який знаходиться на скляній підкладці.

Загальна товщина всіх п'яти шарів складає 230 нанометрів. Ця товщина, поряд з діаметрами і інтервалом отворів, менше довжин хвиль сонячного світла і саме ця особливість дозволяє лише чотирьом відсоткам світла бути відбитими від поверхні матеріалу, що залишилися 96 відсотків фотонів світла ефективно поглинаються самим матеріалом.

І якщо перевести це в ефективність перетворення сонячного світла в електричну енергію, то йдеться про 52-відсотковому збільшенні ефективності органічних сонячних батарей в порівнянні із звичайними сонячними батареями. Але, матеріал PlaCSH може поглинати світло, падаючий на поверхню під більш крутими кутами, що підвищує його ефективність ще на додатковий 81 відсоток. А коли все вищесказане об'єднується з деякими іншими факторами, то загальне збільшення ефективності становить 175 відсотків.

Новый материал, нано-сэндвич, позволяет увеличить эффективность солнечных батарей на 175 процентов


Згідно з наявною інформацією, матеріал PlaCSH може бути проведений в промислових масштабах при відносно низькій собівартості. Використання такого матеріалу дозволить уникнути застосування електродів з оксиду олова-індія (indium-tin oxide, ITO), досить дорогого матеріалу, використовуваного в більшості органічних сонячних батарей. І, оскільки матеріал PlaCSH досить гнучкий, то сонячні батареї на його основі будуть менш крихкими і більш довговічними.

Хоча цикл досліджень, спрямований на застосування матеріалу PlaCSH в сонячних батареях, ще далекий від остаточного завершення, Стівен Чоу вже зараз вважає, що деякі хитрощі, до яких їм ще належить вдатися, дозволять ще більше збільшити показник ефективності перетворення.

Опис проведених досліджень, їх результати і розроблені технології були опубліковані в одному з останніх випусків журналу Optics Express.

|