Прозрачные нанослои для увеличения солнечной энергии

Сегодня нет более дешевого способа производства электроэнергии, чем с помощью солнца. В настоящее время в солнечных местах строятся электростанции, которые будут поставлять солнечную электроэнергию по цене менее двух центов за киловатт-час. Доступные на рынке солнечные элементы на основе кристаллического кремния делают это возможным с эффективностью до 23 процентов. Таким образом, они занимают около 95 процентов мирового рынка. При еще более высоком КПД, превышающем 26 процентов, затраты могут снизиться еще больше. Международная рабочая группа во главе с исследователями фотовольтаики из Forschungszentrum Jülich теперь планирует достичь этой цели с помощью наноструктурированного прозрачного материала для передней панели солнечных элементов и сложной конструкции. Ученые сообщают об успехах своих многолетних исследований в научном журнале. Энергия Природы.


Кремниевые солнечные элементы постоянно совершенствовались в течение последних десятилетий и уже достигли очень высокого уровня развития. Однако мешающий эффект рекомбинации все еще возникает после поглощения солнечного света и фотоэлектрической генерации носителей электрического заряда. В этом процессе уже сгенерированные отрицательные и положительные носители заряда объединяются и нейтрализуют друг друга, прежде чем их можно будет использовать для потока солнечного электричества. Противодействовать этому эффекту можно с помощью специальных материалов, обладающих особым свойством — пассивацией.

«Наши наноструктурированные слои обеспечивают именно такую ​​желаемую пассивацию», — говорит Мальте Кёлер, бывший аспирант и первый автор Института исследований энергетики и климата Юлиха (IEK-5), который с тех пор получил докторскую степень. Кроме того, ультратонкие слои прозрачны, поэтому падение света практически не снижается, и обладают высокой электропроводностью.

«На сегодняшний день ни один другой подход не сочетает в себе эти три свойства — пассивацию, прозрачность, проводимость — с нашим новым дизайном», — говорит доктор Кайнинг Динг, глава рабочей группы Jülich. Первый солнечного элемента Jülich TPC достиг высокой эффективности 23,99% (+ — 0,29%) в лаборатории. Это значение было также подтверждено независимой лабораторией CalTeC Института исследований солнечной энергии в Хамелине (ISFH). Это означает, что солнечные элементы Jülich TPC по-прежнему стоят немного ниже лучших кристаллических кремниевых элементов, произведенных в лабораториях на сегодняшний день. Но параллельное моделирование показало, что с технологией TPC возможен КПД более 26 процентов.

«Кроме того, мы использовали в производстве только те процессы, которые можно относительно быстро интегрировать в серийное производство», — подчеркивает Динг преимущество перед другими исследовательскими подходами. С помощью этой стратегии ученые Jülich без особых усилий проложили путь от лабораторного до крупномасштабного промышленного производства солнечных элементов.

Для производства слоев солнечного элемента TPC потребовалось несколько этапов процесса. На тонкий слой диоксида кремния исследователи нанесли двойной слой крошечных пирамидальных нанокристаллов карбида кремния, нанесенных при двух разных температурах. Наконец, последовал прозрачный слой оксида индия и олова. Динг и его коллеги использовали влажные химические процессы, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и процесс распыления.

Для достижения успеха исследователи из Юлиха из IEK 5 и Центра электронной микроскопии им. Юлиха Эрнста Руска тесно сотрудничали с несколькими институтами в Нидерландах, Китае, России и Эквадоре. В число партнеров входят исследователи из Университета Аахена, Университета Дуйсбург-Эссен, Технических университетов Делфта и Эйндховена, Университета Сан-Франциско-де-Кито, Университета и Института теплофизики Кутателадзе в Новосибирске и Университета Сунь Ят-Сена в Гуанчжоу. В дальнейшем исследовательская группа Kaining Ding планирует еще больше оптимизировать выходную мощность своих солнечных элементов TPC. «Мы ожидаем, что производители солнечных элементов проявят большой интерес к нашей », — говорит Дин.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments