Как источник энергии Солнце всегда было надежным поставщиком. Хотя он свободно освещает всех, способность улавливать и преобразовывать обильную энергию Солнца совсем не бесплатна. Тем не менее, новые технологии, направленные на достижение "полного спектра" работы в фотоэлектрических установках, могут вскоре сделать солнечную энергию жизнеспособным вариантом.
«Несколько простых идей в области материаловедения и сборки устройств позволяют нам обойти многие ограничения традиционных фотоэлектрических технологий», – пояснил Джон Роджерс, исследовательская группа которого разрабатывает эти концепции. В результате этих новых показателей эффективности внешние отраслевые эксперты прогнозируют затраты на производство электроэнергии с использованием солнечной энергии, которые без субсидий могут достичь уровней ниже, чем уголь, природный газ и атомная энергия.
Роджерс, профессор материаловедения и инженерии в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн, является пионером в области полупроводниковых устройств и технологий производства. Подход к печати, разработанный Роджерсом и его коллегами из Иллинойса, позволяет манипулировать ультратонкими, небольшими полупроводниковыми элементами, которые можно накладывать друг на друга, чтобы получить солнечные элементы необычного типа, способные работать во всем солнечном спектре с исключительно высокой эффективностью.
«Стратегия включает высокоскоростное печатное манипулирование тонкими микромасштабными солнечными элементами и новыми интерфейсными материалами для их связывания в многослойные стопки», – сказал Роджерс. «Солнечные элементы с четырьмя переходами и четырьмя выводами, которые мы можем построить таким образом, имеют индивидуально измеренную эффективность 43.9 процентов."
«Это высокопроизводительный параллельный процесс сборки, который позволяет одновременно формировать массивы многопереходных ячеек в полностью автоматическом пошаговом режиме с высоким выходом – более 95 процентов – и точной совмещением наложения. Недавно разработанный межфазный материал для этих пакетов обеспечивает идеальные оптические, электрические и тепловые свойства. – заявил Син Шэн, научный сотрудник исследовательской группы Роджерса и первый автор статьи, – «Печатная сборка четырехконтактных четырехконтактных солнечных элементов микромасштаба позволяет реализовать чрезвычайно высокоэффективные модули», – опубликовано на этой неделе в журнал Nature Materials.
В проекте участвовала совместная группа исследователей из Университета Иллинойса и фотоэлектрических компаний Semprius и Solar Junction. Согласно докладу группы, верхняя ячейка модуля состоит из трехпереходной (3J) микроячейки с собственным антибликовым покрытием, обеспечивающим эффективную передачу света на самые верхние слои. Нижняя ячейка использует архитектуру германия (Ge) с диффузным переходом.
В сборке 3J / Ge верхняя ячейка 3J улавливает свет с длинами волн от 300 до 1300 нм. Длины волн от 1300 до 1700 нм проходят через нижнюю ячейку Ge с минимальными отражениями от поверхности раздела, благодаря использованию тонкого слоя уникального типа халькогенидного стекла.
«Мы интегрировали эти микромасштабные многопереходные элементы в двухступенчатую оптику Semprius, состоящую из литой первичной линзы и вторичной миниатюрной шаровой линзы, – чтобы точно сфокусировать падающий солнечный свет более чем в тысячу раз», – сказал Роджерс. «Передовые методы упаковки и электрические согласующие сети позволяют получить полностью интегрированные модули с эффективностью 36.5 процентов оценены в практических условиях – значительно лучше, чем у любой другой доступной технологии."
"Это очень хорошая работа. Результаты впечатляют, и схемы, кажется, обеспечивают путь к сверхвысокой эффективности фотоэлектрической энергии с большим потенциалом для производства электроэнергии в масштабах коммунального предприятия », – заявил Али Джави, профессор электротехники и компьютерных наук в Калифорнийском университете в Беркли.
Джейви, руководитель программы по электронным материалам в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и содиректор Консорциума фотоэлектрических систем района залива, не участвовал в этом исследовании.