211service.com
Uzņemiet vairāk gaismas, izmantojot vienu saules bateriju
Visefektīvākajām saules baterijām parasti ir vairāki pusvadītāju materiālu slāņi, no kuriem katrs ir noregulēts, lai pārveidotu dažādas gaismas krāsas elektrībā. Pētnieki plkst Lorensa Bērklija Nacionālā laboratorija tagad ir izgatavojuši vienu pusvadītāju, kas veic gandrīz to pašu darbu. Vēl svarīgāk ir tas, ka viņi izgatavoja materiālu, izmantojot parastu ražošanas paņēmienu, kas liecina, ka to varētu izgatavot salīdzinoši lēti.
Šūnas prototips: Šai mazajai saules baterijai ir pusvadītāju materiāls, kas paredzēts, lai absorbētu vairāk saules spektra.
Vairākas pētniecības grupas izstrādā pusvadītāju materiālus, kas izmanto vairāk enerģijas saules gaismā, pamatojoties uz ideju, kas aizsākās 1960. gadā, lai mainītu to, kā pusvadītāju materiāli saules baterijās mijiedarbojas ar gaismu. Taču šajā pētījumā izmantotos materiālus ir ļoti grūti izgatavot.
Vēl ir daudz darba, pirms Lorensa Bērklija laboratorijas materiālu varētu izmantot praktiskā saules baterijā, taču teorētiski tas varētu pārvērst gandrīz pusi no saules gaismas enerģijas elektrībā — trīs reizes vairāk nekā lielākā daļa viena slāņa (vai viena savienojuma) saules enerģijas. šūnas. Šāda saules baterija varētu arī maksāt mazāk nekā slāņveida (vai vairāku savienojumu) saules baterijas, kas pašlaik nepieciešamas, lai sasniegtu augstu efektivitāti, jo tam būtu nepieciešams tikai viens pusvadītāju materiāls.
Parastajā pusvadītāju materiālā ir nepieciešams noteikts enerģijas daudzums, lai atbrīvotu elektronu un ražotu elektroenerģiju. Fotoni, kuriem ir mazāk enerģijas, piemēram, fotoni infrasarkanajā gaismā, nerada elektrību. Un, ja fotonam ir vairāk nekā minimums, piemēram, fotons enerģiskā ultravioletā gaismā, papildu enerģija tiek iztērēta kā siltums.
Jaunā pusvadītāju materiāla pamatā ir gallija arsenīds. Parasti šim materiālam ir nepieciešami augstas enerģijas fotoni, lai ražotu elektroenerģiju. Bet pētnieki to modificēja tā, lai vairāk nekā viena fotona enerģija tiktu izmantota, lai atbrīvotu elektronu - enerģija tiek pievienota, līdz tiek atbrīvots elektrons. Aizvietojot dažus materiālā esošos arsēna atomus ar slāpekļa atomiem, tiek izveidoti reģioni, kas darbojas kā atspēriena punkts elektroniem, kuri ir absorbējuši daļu enerģijas no zemas enerģijas fotoniem, kur tie var gaidīt, lai saņemtu enerģiju no vairāk fotoniem, saka. Vladeks Valukevičs , kurš vada Saules enerģijas materiālu pētniecības grupu Lawrence Berkeley laboratorijā, kā arī vadīja projektu.
Jaunais materiāls augstas enerģijas fotonus pārvērš elektroenerģijā, neizmantojot to enerģiju kā siltumu, kā arī pārvērš zemas enerģijas fotonus elektrībā — fotonos, kurus materiāls parasti neuzsūc.
Līdzīgs efekts tiek panākts arī komerciālajās vairāku savienojumu saules baterijās, kuras tiek izgatavotas, būtībā saliekot trīs saules baterijas vienu virs otras, katra ir optimizēta atšķirīgai gaismas krāsai. Taču šo trīs saules bateriju apvienošana ir dārga un sarežģīta, jo katram slānim ir jābūt cieši saskaņotam ar citiem slāņiem.
Saules baterijas prototips joprojām ir salīdzinoši neefektīvs. Daļa no problēmas ir tā, ka daudzi elektroni, kas ir absorbējuši daļu enerģijas no zemas enerģijas fotoniem, neuztur šo enerģiju pietiekami ilgi, lai absorbētu enerģiju no cita fotona. Šie elektroni to nekad neizgatavo no materiāla, un enerģija tiek zaudēta kā siltums. Pētnieki sadarbojas ar diviem uzņēmumiem, Rose Street Labs Energy un Sumika Electronic Materials, lai atrisinātu šo problēmu. Viena iespēja, piemēram, ir materiāla leģēšana ar fosfora atomiem, lai mainītu to elektriskās īpašības.
Tas būs izaicinājums, saka Endrjū Normans, pētnieks Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija . Normans ir strādājis arī pie šāda veida saules baterijām, lai gan tās ir izgatavotas no ļoti dažādiem materiāliem. Normans saka, ka jaunais darbs ir interesants, jo īpaši tāpēc, ka šūna rada augstsprieguma līmeni, taču viņš atzīmē, ka ir izrādījies grūti komercializēt šāda veida šūnas. Jābrīnās, kāpēc 50 gadu laikā nevienam nav izdevies, viņš saka.