Солнечные батареи являются одной из самых важных технологий при переходе к возобновляемым источникам энергии, однако для ее совершенствования существует масса возможностей. Исследователи из Инженерной школы Тандон Нью-Йоркского университета (NYU) разработали тонкую пленку, которая повышает эффективность солнечных батарей за счет преобразования нерационально используемых волн света в такие, которые могут быть использованы для производства электроэнергии.
Новая тонкая пленка улавливает синие фотоны солнечного света и преобразует их в красный свет, который кремниевые солнечные элементы могут использовать для производства электроэнергии. Depositphotos
Всем известно, что кремний является основным материалом для большинства используемых сегодня солнечных элементов. При этом он отлично поглощает красную область видимого спектра солнечного света, но полностью игнорирует более короткие длины волн, такие как ультрафиолетовый и синий свет. Хотя ученые постоянно экспериментируют с различными конструкциями солнечных батарей, материалами и красителями, способными использовать большую часть спектра, им пока не удалось добиться серьезного прогресса.
И вот теперь исследователи из Инженерной школы Тандон Нью-Йоркского университета, возможно, совершили прорыв, создав тонкую пленку, которая может преобразовывать ультрафиолетовые и синие солнечные лучи в фотоны ближнего инфракрасного диапазона. Такая "пленка может быть использована для повышения эффективности существующих кремниевых солнечных элементов, позволяя им собирать энергию, которая в противном случае тратится впустую".
Важно, что новая технология не блокирует другие длины волн света, которые эффективно используется кремнием. Кроме того, уменьшая количество ультрафиолетового излучения, попадающего на солнечные элементы, можно повысить срок их службы.
Пленка состоит из перовскита - неорганического материала, легированного небольшим количеством иттербия. Перовскит прекрасно поглощает синий свет и передает энергию иттербию, который излучает ее в ближней инфракрасной области. Затем такие красные фотоны улавливаются кремниевым солнечным элементом, дополняя его "обычный рацион", получаемый непосредственно от Солнца.
В ходе испытаний команда обнаружила, что новая технология позволяет преобразовывать синие фотоны в красные с эффективностью 82,5 процента. Важно не путать эту цифру с эффективностью самого солнечного элемента (для кремния она все еще колеблется в районе 20 процентов), однако новая пленка должна помочь повысить этот показатель. Насколько — это вопрос для дальнейших экспериментов.
Ранее инженеры уже пытались усовершенствовать свою разработку. Меняя температуру производственного процесса, ученым удалось максимально сократить количество висмута, высвобождаемого из материала. В результате были полученные образцы, которые могли похвастаться эффективностью преобразования фотонов до 95 процентов.
Исследователи утверждают, что и это не предел. Команда заявляет, что можно преодолеть барьер в 100% эффективности, (т.е. в этом случае количество красных фотонов должно превышать количество синих). Однако как именно эксперты собираются преодолеть этот потенциальный рубеж, пока остается загадкой.
"Мы пока точно не знаем (как повысить эффективность выше 100 процентов)", - заявил Эрай Айдил, ведущий автор исследования. "Однако у нас есть некоторые идеи, основанные на гипотезе о том, как происходит эмиссия. Сейчас мы движемся в двух направлениях - (1) проводим эксперименты, пытаясь разобраться в нюансах того, что делает этот материал таким уникальным, и (2) исследуем аналогичные по структуре материалы с разными элементными замещениями".
Исследование было опубликовано в журнале Materials Horizons.
Источники: NYU Tandon, журнал Materials Horizons.
1. (https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/mh/d2mh00483f)
2. (https://engineering.nyu.edu/news/tandon-researchers-shift-sun-improve-solar-cells)
