211service.com
Melnais silīcijs padara saules baterijas lētākas
Vienkārša ķīmiska apstrāde varētu aizstāt dārgos pretatstarojošos saules bateriju pārklājumus, samazinot kristāliskā silīcija paneļu izmaksas. Apstrāde, viena soļa iegremdēšana ķīmiskajā vannā, rada ļoti pretatstarojošu melna silīcija slāni uz silīcija plātņu virsmas, un tas maksās tikai pennies par vatu, saka Nacionālās atjaunojamās enerģijas laboratorijas (NREL) pētnieki. Viņi to ir izmantojuši, lai izveidotu melnas silīcija saules baterijas, kas atbilst tirgū esošo parasto silīcija elementu efektivitātei.
Saule kļūst melna: Šīs divas saules baterijas tika izgatavotas uz silīcija plāksnītes, kas apstrādātas, lai izveidotu pretatstarojošu melna silīcija virsmu. Sudrabainie laukumi ap šūnām ir citā krāsā, jo ļoti absorbējošais melnais slānis ir iegravēts.
Mūsdienu saules bateriju izgatavošanai izmantotās kristāliskā silīcija vafeles tiek apstrādātas, lai izveidotu teksturētu virsmu, un pēc tam tās pārklātas ar pretatstarojošu slāni, parasti ar silīcija nitrīdu, izmantojot augsta vakuuma procesus. Šis papildu slānis palielina saules baterijas vērtību, uzlabojot tā efektivitāti – tas nomāc atstarošanu tā, ka vairāk fotonu faktiski nonāk silīcija plāksnē, nevis atlec no tās virsmas, palielinot elektroenerģijas plūsmu no šūnas. Bet papildu slānis arī palielina izdevumus. Mēs uzskatām, ka tas var būt lētāk, saka Hovards Brencs , galvenais zinātnieks silīcija materiālu un ierīču jomā NREL. Pat ar pārklājumu labākās kvalitātes silīcija saules baterijas parasti atstaro 3 procentus no gaismas, kas uz tām nonāk. Branca laboratorija izstrādā lētus veidus, kā izveidot melnu silīciju, kas gandrīz neatspoguļo gaismu.
NREL ražoto saules bateriju prototipam ir vislabākā melnā silīcija elementu efektivitāte. Monokristāliskā silīcija elementi ar melnu virsmu un bez papildu pretatstarojoša pārklājuma pārvērš 16,8 procentus no gaismas, kas uz tām nonāk, elektrībā, kas ir aptuveni tāda pati efektivitāte, ko nodrošina tipisks kristāliskā silīcija saules elements, kas pārklāts ar pretatstarojošu materiālu. Iepriekšējais melnā silīcija elementu rekords bija 13,9 procenti.
Lai aizstātu vakuuma pārklāšanas procesus, ko izmanto silīcija vafeles virsmas apstrādei, Branz laboratorija izstrādāja ķīmisku procesu, ko var veikt apkārtējās vides temperatūrā un spiedienā, izmantojot iekārtas, kas jau atrodas saules paneļu rūpnīcās. Vafele ir iegremdēta vannā, kurā ir ūdeņraža peroksīda, fluorūdeņražskābes un hloraurīnskābes ūdens šķīdums, kas sastāv no ūdeņraža, hlora un zelta. Nelielais zelta daudzums skābes vannā darbojas kā ķīmisko reakciju katalizators. Nav skaidrs, kas tieši ir ķīmiskās reakcijas, taču tās noved pie zelta nanodaļiņu veidošanās, kas plāksnēs dažādos dziļumos urbj nanocaurumus. Branzs saka, ka zeltu var izmantot atkal un atkal.
Šis kodināšanas process prasa trīs minūtes istabas temperatūrā un mazāk nekā minūti 40 °C temperatūrā. Rezultāts ir melna, ļoti absorbējoša silīcija vafele, kuras virsma ir izraibināta ar sīkiem dažāda dziļuma tuneļiem. Poras rada virsmu bez asām malām, lai atspoguļotu gaismu, un to dziļuma atšķirības ir būtiskas, jo tuneļu garums nosaka, ar kādu gaismas viļņa garumu tas mijiedarbosies. Tuneļa garuma izmaiņas ļauj virsmai notvert plašu gaismas spektru.
Vairākas grupas izstrādā melno silīciju saules baterijām un citām optiskām ierīcēm. Citi ir izmantojuši daudzpakāpju procesu, lai izveidotu silīcija tunelēšanas reakcijas, sākot ar metāla daļiņu novietošanu virs vafeles virsmas un pēc tam pievienojot skābes. Mēs to darām vienā šķidrā solī, kam vispār nav nepieciešami vakuuma procesi, saka Branzs. Beverlijs, MA bāzes uzņēmums SiOnyx izmanto lāzera impulsus, lai radītu sīkus konusus uz silīcija virsmām. To formula melnajam silīcijam rada atšķirīgu materiālu nekā NREL, bet ar līdzīgām īpašībām. Uzņēmuma līdzdibinātājs un zinātnieks Džeimss Kerijs saka, ka uzņēmums cer ienākt tirgū gada laikā. Kerijs neatklās, kādu fotoelementu efektivitāti SiOnyx ir sasniedzis, izmantojot savu procesu.
Vannas, ko mūsdienu rūpnīcās izmanto saules bateriju tīrīšanai starp kodināšanas posmiem, varētu izmantot, lai izveidotu melno silīcija pārklājumu, saka Branzs, kas nozīmē, ka ražotāji varētu izmantot šo procesu par ļoti zemām izmaksām. Aģentūra ir pieteikusi patentu šim procesam.