Увеличение КПД солнечных батарей

Солнечная энергетика ― интенсивно развивающаяся отрасль с высоким потенциалом и перспективой заменить  большинство  традиционных способов получения  энергии. Тем не менее, солнечные панели далеко не совершенны.  Их реальный КПД - намного ниже теоретического. Исследовательские центры по всему миру делают новые открытия и изобретения, совершенствуя солнечные панели, и повышая их эффективность.

Одним из таких прорывов стала работа профессора Джеймса Рондинелли и его коллег из Северо-Западного Университета, Эванстон, штат Иллинойс (США). Для того чтобы понять, в чем суть открытия, необходимо  разобраться в принципах, на которых основана работа солнечной панели и в материалах, составляющих основу её работоспособности.

Полупроводники, применяемые при создании панели, далеки от совершенства по электрическим свойствам. Ученые нашли способ настраивать одно из важных свойств оксидов переходных металлов, применяемых для создания полупроводников ― ширину запрещенной зоны (далее ШЗЗ).  Это один из важнейших параметров полупроводников.  ШЗЗ - "расстояние" (или, скорее, минимальная энергия, необходимая для перехода) между зоной валентности (зона, заполненная электронами, которые не делают вклад в электропроводимость) и зоной проводимости (часть проводника, которая заполняется электронами, преодолевшими запрещенную зону, выходя из валентной зоны).

Размер этого параметра измеряется в электронвольтах и определяет, будет ли материал вести себя как проводник (≈0 эВ), полупроводник (≈ 1-9 эВ) или диэлектрик (≈ 9 эВ или более).

Возможность изменять ширину запрещенной зоны станет чрезвычайно  полезной. Солнечная панель производит электричество, когда фотон, проходя через атом кремния, дает достаточно энергии одному из его электронов, чтобы тот смог преодолеть запрещенную зону и стал проводящим. Настройка ШЗЗ позволит создать идеальный полупроводник и собирать максимум энергии по всей видимой части спектра. В настоящее время, этот метод позволяет изменить ШЗЗ  на 1эВ путем изменения химического состава материала.

Сейчас профессор  Рондинелли и его коллеги,  пытаются понять структуру оксидов переходных металлов - организованные слои нейтральных и электрически заряженных атомов. Используя квантовую механику, ученые определили, что ШЗЗ можно изменить на 2 эВ -  путем изменения конфигурации катионов (положительно заряженных ионов) и изменения порядка слоев нейтральных и заряженных атомов. Это приближает ученых к достижению теоретически идеальной ширины запрещённой зоны  в 1.34 эВ.

При такой величине ШЗЗ,  количество энергии,  преобразуемое  из видимого спектра солнечного света,  будет максимальным. Конечно, это не единственное условие создания идеальной солнечной батареи, но, в случае успешных испытаний в лаборатории, мы продвинемся далеко вперед к цели. Также, это открытие поможет создавать более эффективные электрооптические приборы, повысить скорость преобразования солнечного света в химическое топливо.

Казалось бы, -  небольшое открытие. Но из таких усовершенствований, словно дом из кирпичиков, создаётся наша цивилизация. Главное, чтобы «строительство» шло в правильном направлении, не только развивая человечество, но и сохраняя нашу планету для будущих поколений. Альтернативная энергетика – лучший способ получения энергии, не нанося вреда окружающей среде. 

 

Теги::  тепловые солнечные коллекторы Киев, солнечные батареи Киев, солнечные панели Киев