Rewolucja w fotowoltaice? Skonstruowano niezwykle wydajne ogniwo słoneczne

Na Uniwersytecie George’a Washingtona skonstruowano prototyp ogniwa słonecznego, który jest zdolny przechwycić niemal połowę energii promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi.

Prototyp ogniwa fotowoltaicznego konwertuje bezpośrednie działanie promieni słonecznych na energię elektryczną z efektywnością sięgającą 44,5 proc. Wynalazek amerykańskich naukowców ma potencjał, aby stać się najbardziej wydajnymi ogniwami słonecznymi na świecie.

Nowe ogniwo nieco różni się od tych powszechnie widzianych na dachach domów. Urządzenie wykorzystuje tzw. koncentratory CPV. To urządzenia optyczne mające na celu skoncentrowanie energii docierającej do ogniw fotowoltaicznych. Skupiają one promienie słoneczne na malutkim, mikroskopijnym ogniwie o wielkości mniejszej niż 1 mm2.

Prototyp składa się z kilku połączonych ze sobą ogniw. Każda warstwa pochłania energię z konkretnego zakresu fal spektrum promieniowania słonecznego. W ten sposób osiągnięto znaczną poprawę efektywności ogniw. Gdy światło przechodzi przez sito zbudowane z takich połączonych ze sobą ogniw, niemal połowa energii z promieniowania słonecznego zostaje przekształcona w energię elektryczną. Dla porównania najczęściej spotykane obecnie ogniwa słoneczne przekształcają zaledwie około 25 proc. dostępnej energii w energię elektryczną.

– Około 99 proc. mocy zawartej w świetle słonecznym docierającym do powierzchni Ziemi przypada na zakres fal o długości między 250 a 2500 nanometrów. Ale konwencjonalne materiały zastosowane w obecnych ogniwach fotowoltaicznych nie są w stanie przechwycić całego zakresu widma. Nasz prototyp jest w stanie przechwycić energię zawartą w tych dłuższych falach, co jest pomijane przez obecnie stosowane ogniwa – powiedział kierujący badaniami Matthew Lumb.

Naukowcy pracowali nad rozwojem bardziej efektywnych ogniw słonecznych od lat. Nowe podejście ma kilka nowych aspektów. Wykorzystuje rodzinę materiałów opartych na substratach antymonu galu, które zwykle znajdują zastosowanie w laserach i fotodetektorach. Budowa takiego ogniwa ma specjalną strukturę. Dolne warstwy pochłaniają energię zawartą w krótszej długości fal, a na wierzchu znajdują się wysokowydajne ogniwa przechwytujące energię z promieniowania o wyższym zakresie długości fal.

fot. George Washington University

Do produkcji prototypu zastosowano technikę tzw. druku transferowego, dzięki czemu montaż tych małych urządzeń odbywa się z dużą precyzją. Praca uczonych z Waszyngtonu została opublikowana w prestiżowym piśmie Advanced Energy Materials.

Nowe ogniwo fotowoltaiczne jest bardzo drogie. Jednak naukowcom chodziło o zademonstrowanie możliwości zwiększenia efektywności pozyskiwanie energii z promieniowania słonecznego. Technika zastosowana do produkcji nowych ogniw ma ogromny potencjał. Ostatecznie produkt wykonany podobną techniką przy redukcji kosztów może pojawić się na rynku.

 

 

Źródło: George Washington University, fot. CC BY 2.0/ Fernando Tomás/ Wikimedia Commons