211service.com
Efektīvas plānas plēves saules baterijas
MIT pētnieki ir atklājuši jauna veida silīcija saules baterijas, kas varētu būt daudz efektīvākas un maksāt mazāk nekā pašlaik izmantotās saules baterijas. Materiālzinātnes un inženierzinātņu profesors Laionels Kimerlings un viņa kolēģi iepazīstināja ar pirmā ierīces prototipa rezultātiem nesenajā Materiālu pētniecības biedrības sanāksmē Bostonā.
Gaismas slazds: transmisijas elektronu mikroskopijas (TEM) attēls parāda piecus mikrometrus biezas silīcija saules baterijas aizmugurējo virsmu. Mainīgie silīcija un silīcija dioksīda slāņi veido lielisku gaismas atstarotāju. Virsas un siles nosūta atstaroto gaismu silīcijā zemā leņķī, kas to ilgstoši notur silīcijā, palielinot šūnas efektivitāti.
Dizains apvieno ļoti efektīvu atstarotāju saules baterijas aizmugurē ar pretatstarojošu pārklājumu priekšpusē. Tas palīdz silīcijā notvert sarkano un gandrīz infrasarkano gaismu, ko var izmantot elektrības ražošanai. Pētniecības komanda licencē līdzīgu tehnoloģiju StarSolar , starta uzņēmums Kembridžā, MA.
Pētnieki izmantoja savu gaismas uztveršanas shēmu plānām silīcija šūnām, kuru biezums ir aptuveni pieci mikrometri. Viņu prototips saules baterijas ir par 15 procentiem efektīvākas, pārvēršot gaismu elektroenerģijā nekā komerciālās plānās plēves saules baterijas. Projekta vadītājs Pēteris Bermels , kurš ir StarSolar galvenais tehnoloģiju speciālists, saka, ka sarežģītas datorsimulācijas liecina, ka ir iespējams daudz lielāks efektivitātes pieaugums.
Plānās plēves silīcija saules baterijas varētu būt lētākas nekā parastās ierīces, jo tās izmanto daudz mazāk materiālu. Parastās saules baterijas izmanto silīcija plāksnes, kuru biezums pārsniedz 100 mikrometrus, savukārt plānslāņa ierīču biezums ir daži mikrometri. Taču plānās plēves ierīces cieš no zemākas efektivitātes. Tas galvenokārt ir saistīts ar sarkanajiem un gandrīz infrasarkanajiem fotoniem, kas nepaliek ieslodzīti plānā silīcijā pietiekami ilgi, lai tie tiktu absorbēti.
Mūsdienu saules baterijas ir pārklātas ar metāla slāni, parasti alumīniju, lai atspoguļotu gaismu. Taču šī shēma nedarbojas ļoti labi, un no silīcija saules elementa esošās gaismas tiek zaudēti trīsdesmit procenti katru reizi, kad tā atlec no metāla.
Tā vietā, lai izmantotu metāla pamatni, MIT pētnieki izstrādā silīcija saules baterijas aizmugurējo virsmu, lai tā būtu efektīva gaismas atstarošanā un uztveršanā. Vispirms viņi iegravē virkni izciļņu un siles, ko sauc par režģi. Papildus tam tie uzklāj fotonisku kristālu - periodisku struktūru, kas sastāv no vairākiem mainīgiem silīcija un silīcija dioksīda slāņiem.
Fotoniskais kristāls atstaro gaismu, savukārt režģis nosūta šo gaismu atpakaļ silīcijā zemā leņķī. Tas neļauj gaismai lēkāt iekšā un neļauj tai izkļūt. Jo ilgāk gaisma paliek iekšā, jo lielāka iespēja, ka tā tiks absorbēta un pārvērsta elektrībā.
Šis darbs parāda, cik svarīgi ir uzlabot plānu kārtiņu tehnoloģiju veiktspēju, saka Stīvens Sailors, uzņēmuma izpilddirektors SiOnyx Beverlijā, MA. SiOnyx izmanto atšķirīgu pieeju, lai palielinātu sarkanās un infrasarkanās gaismas absorbciju plānās silīcija ierīcēs. Uzņēmuma melnajam silīcija materiālam ir nanomēroga raupjuma virsma, kas palīdz absorbēt visu redzamo un infrasarkano gaismu. Materiāla potenciāls saules baterijām vēl nav pierādīts.
Tikmēr Eimsas laboratorijā Eimsā, IA, fiziķis Rana Bisva un viņa kolēģi izmanto fotoniskos kristālus, lai padarītu amorfās silīcija saules baterijas efektīvākas. Viņu fotoniskais kristāls sastāv no sīku silīcija cilindru režģa indija-alvas oksīda slānī. Tas varētu palielināt saules bateriju efektivitāti maksimāli par 15 procentiem. Taču to amorfā silīcija saules baterijas ir tikai 0,5 mikrometrus biezas, kas ir desmitā daļa no MIT ierīču izmēra. Parasti amorfajām silīcija plēves saules baterijām ir nepieciešams daudz mazāk materiālu, tāpēc izmaksas samazinās, saka Biswa. Turklāt tie var tikt nogulsnēti uz plastmasas. Tas ir liels pluss.
MIT pētnieku mērķis ir izveidot plānas plēves silīcija saules baterijas, kas ir pietiekami labas, lai konkurētu ar parastajām saules baterijām, saka Bermels. Optimizējot fotonisko kristālu un režģa struktūras, pētnieki varēja izspiest saules bateriju maksimālo efektivitāti, palielinot to līdz 13 procentiem. Tas būtu salīdzināms ar dažu parasto saules bateriju efektivitāti no 13 līdz 15 procentiem.
Saules baterijas šobrīd ir tālu no praktiskām. Pētnieki izmanto dārgu metodi, ko sauc par interferences litogrāfiju, lai izveidotu režģi. Turklāt mainīgie slāņi reflektorā tiek uzklāti pa vienam, kas ir laikietilpīgi. Pētniekiem ir jāatrod ražošanas tehnika, kas ļauj izgatavot saules baterijas plašā mērogā un ar zemām izmaksām. Galvenais jautājums, uz kuru jāatbild, ir mērogojamība, saka Saylor. Lai jebkuram risinājumam būtu reāla ietekme, tas ir rentabli jāpiemēro masveida ražošanai.
Bermels stāsta, ka viņa komanda jau apsver citas ražošanas metodes. Viena no daudzsološām iespējām ir nanoimprinta litogrāfija, taču viņi to vēl nav izmēģinājuši. Viņš saka, ka simulācijās ir skaidri prognozēts 35 procentu efektivitātes pieaugums, taču izaicinājums ir: 'Vai jūs varat to paveikt praktiski?' Tieši pie tā mēs strādājam.