Слой синглетного деления может быть добавлен к существующим кремниевым солнечным панелям.
Исследовательская группа успешно использовала более прочную и стабильную органическую молекулу. (Изображение)
Мейндерт ван дер Хавен/GettyImages
Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее разработали технологию солнечных элементов, которая может привести к созданию более эффективных кремниевых фотоэлектрических систем.
Группа разработала новый метод, который потенциально может повысить эффективность солнечных панелей до более чем 30%, что является заметным улучшением по сравнению с эффективностью обычных коммерческих панелей, составляющей 20–25%.
Такой подход также может позволить панелям работать при температурах на 2,4 °C (36,32 °F) ниже, что может продлить срок их службы примерно на 4,5 года.
Данная разработка решает ключевую проблему материалов. В предыдущих работах в этой области часто использовалась молекула тетрацена, которая химически нестабильна на воздухе и поэтому непригодна для промышленного производства.
Использование прочной, фотостабильной органической молекулы
Группа ученых из Университета Нового Южного Уэльса сообщает об успешном использовании более надежной и фотостабильной органической молекулы дипирролонафтиридиндиона (DPND), которая совместима с кристаллическими кремниевыми фотоэлектрическими элементами и масштабируемыми методами производства.
«Мы разработали практический путь к созданию более производительных кремниевых солнечных элементов без необходимости в дорогостоящем и сложном тандемном производстве, который промышленность теперь может опробовать», — сказал ведущий исследователь, профессор Нед Экинс-Докес, глава Школы фотоэлектрических систем и возобновляемых источников энергии (SPREE) Университета Нового Южного Уэльса.
Технология основана на процессе, известном как «синглетное деление». В обычном кремниевом солнечном элементе высокоэнергетический фотон из синей или зелёной части спектра поглощается и создаёт одну электронно-дырочную пару.
Любая энергия фотона, превышающая ширину запрещённой зоны кремния, быстро теряется в виде тепла. Этот процесс известен как термализационные потери, что ограничивает общую эффективность. Процесс синглетного деления протекает иначе.
«Когда синглетный делящийся материал наносится на кремниевую ячейку, он захватывает высокоэнергетические фотоны и расщепляет их на два экситона, которые соответствуют ширине запрещенной зоны кремния, и каждый из них образует пару электрон-дырка», — пояснили исследователи в пресс-релизе.
«Это удваивает выход электроэнергии от синих фотонов высокой энергии и снижает тепловыделение».
Потенциальные коммерческие последствия значительны
Увеличение выходной мощности на одну панель означает, что для достижения целевой энергетической мощности потребуется меньше панелей. Это может снизить сопутствующие системные расходы, включая монтаж оборудования, проводку и трудозатраты на установку, а также уменьшить занимаемую площадь.
Сокращение тепловых потерь даёт дополнительные преимущества. Помимо увеличения срока службы панели, более низкие рабочие температуры могут улучшить производительность в режиме реального времени, поскольку эффективность кремниевых ячеек обычно снижается с повышением температуры.
Этот подход также отличается от тандемных солнечных элементов, которые представляют собой каскад из нескольких полупроводниковых переходов и требуют более сложной перестройки всей архитектуры элемента. Синглетный делящийся слой предназначен для дополнения существующих кремниевых технологий, предлагая более прямой путь интеграции.
Группа ученых из Университета Нового Южного Уэльса подала заявку на патентную защиту своей работы. В настоящее время проект находится на пути к масштабированию производства молекул DPND для подготовки к пилотным производственным испытаниям.
«Сейчас мы переходим от фундаментальной науки к практическим солнечным продуктам», — заключила доктор Джессика Яцзе Цзян из исследовательской группы.
«Влияние на промышленность, инвесторов и окружающую среду может быть огромным».
Sourse: interestingengineering.com
