211service.com
Padarot silīciju mazāk atstarojošu
Silīcija saules baterijas atspoguļo apmēram trešdaļu gaismas, ko tās potenciāli varētu pārvērst elektrībā. Jauns nanostrukturēts pārklājums, ko izstrādājuši Rennselaer Polytechnic Institute (RPI) pētnieki Trojā, Ņujorkā, samazina šos atspulgus tikai līdz 4 procentiem. Lietišķās fizikas profesors Šons Ju Lins un viņa kolēģi aprēķina, ka pārklājums varētu palielināt silīcija saules bateriju efektivitāti, lai pārvērstu gaismu elektrībā par gandrīz 43 procentiem. Viņi savus rezultātus prezentēja 29. oktobrī Optikas burti papīrs.
Nav spoguļa: 700 nanometru biezs, septiņu slāņu pretatstarojošs pārklājums uz silīcija plāksnītes samazina saules gaismas atstarošanu gandrīz visos viļņu garumos un leņķos. Pārklājums varētu palielināt silīcija saules bateriju efektivitāti.
Jaunais pārklājums nodrošina pretatstarošanos saules gaismai, kas ieplūst gandrīz visos leņķos un visos saules gaismas viļņu garumos, saka Lins. Tā ir 700 nanometru bieza dažādu materiālu slāņu struktūra, ko pētnieki audzē uz silīcija vafeles. Daudzslāņu pārklājums samazina redzamo un tuvu infrasarkano staru viļņu garumu atstarošanos, ko silīcijs var pārvērst elektrībā.
Saules bateriju ražotāji pašlaik izmanto plānu silīcija nitrīda slāni, lai samazinātu atstarojumu. Bet slānis novērš ļoti šaura viļņu garuma diapazona atstarošanu - tā biezums nosaka diapazonu. Vēl viena problēma ir tā, ka tas labi darbojas tikai tad, ja gaisma ieplūst noteiktos leņķos. Silīcija vafeles, kas pārklātas ar silīcija nitrīdu, atstaro gandrīz 20 procentus no uz tām krītošās lietderīgās gaismas.
Lins un viņa kolēģi iepriekš bija izstrādājuši līdzīgu pārklājumu alumīnija nitrīdam, ko izmanto gaismas diožu izgatavošanai. Tomēr jaunais pārklājums ir īpaši izstrādāts silīcijam, materiālam, ko plaši izmanto saules baterijās. Pārklājumam ir septiņi slāņi: divi apakšējie ir izgatavoti no titāna oksīda, trīs vidējie no dažādiem silīcija dioksīda un titāna maisījumiem un divi augšējie no slīpiem nanomēroga silīcija stieņiem.
Atspoguļošana divu materiālu, šajā gadījumā gaisa un silīcija, saskarnē ir atkarīga no atšķirības starp to refrakcijas rādītājiem - materiāla spēju saliekt gaismu. Atšķirības samazināšana samazina atspulgu. Gaisa laušanas koeficients ir 1, bet silīcijam ir 3,5. Pētnieki izmanto slāņus, lai sadalītu šo plaisu mazākos posmos. Augšējā silīcija nanostieņa slāņa indekss ir 1,09, un, ejot uz leju, katram slānim ir secīgi lielāks indekss. Daudzslāņu nanostruktūras secīgais izvietojums ļauj saules gaismai maigi nolaisties uz saules baterijas, saka Lins. Gaisma pakāpeniski liecas arvien vairāk, ejot cauri katram slānim, un mazāk no tās atstarojas atpakaļ gaisā.
Pētnieki novieto slīpos silīcija dioksīda nanostieņus divos augšējos slāņos, turot vafeles leņķī. Kontrolējot nanostieņu leņķus, pētnieki kontrolē materiāla porainību, veidojot slāņus ar ārkārtīgi zemu refrakcijas indeksu.
Lins un viņa grupa RPI nav vienīgie, kas strādā pie problēmas. Pens Dzjans , Floridas universitātes ķīmijas inženierijas profesors, izgatavo pretatstarojošus pārklājumus, kodinot silīcija virsmu, radot virkni sīku silīcija stabu, kas ir mazāki par 300 nanometriem. Mūsu labākie paraugi atspoguļo mazāk nekā 1 procentu gaismas, tāpēc virsma izskatās pilnīgi tumša, saka Dzjans. Viņa darbs ir izraisījis Eiropas saules bateriju ražotāju interesi, un tagad viņš veido jaunuzņēmumu, lai ražotu pārklājumu plašākā mērogā.
Lins saka, ka pārklājums palielinātu saules baterijas izmaksas par dažiem procentpunktiem — ne vairāk kā pašreizējie silīcija nitrīda slāņi. Pētnieki tagad plāno izgatavot izturīgākus pārklājumus, kas piemēroti lietošanai ar saules baterijām.