Фотонная наноструктура для создания сверхтонких и гибких солнечных батарей

  • Поделиться в facebook
  • Поделиться в twitter
  • Поделиться в google +
  • Поделиться в pinterest
Фотонная наноструктура

Фотонная наноструктура

В обзоре новейших трендов в исследованиях тонкопленочных солнечных батарей, который вышел в журнале Nature Materials, трое авторов из Стэнфордского университета охватили 109 научных статей, опубликованных коллективами всего мира.

Все эти работы разными способами преследуют общую цель: максимально увеличить количество столкновений между фотонами и электронами в, как можно более тонких, слоях фотоэлектрических материалов.

Уменьшение толщины снижает себестоимость материалов, используемых для изготовления солнечных батарей. Современные устройства состоят из слоев фотоэлектрических материалов (главным образом, кремния) толщиной от 150 до 300 мкм. Дальнейшее утоньшение заставляет инженеров искать новые способы препятствовать бесполезному пролетанию фотонов через такие сверхтонкие слои.

В этой связи большое интерес вызывает использование для эффективного управления световыми волнами принципов фотоники.

Сотни групп по всему миру, заявляют авторы обзора, сегодня работают в этом направлении, пытаясь конструировать наноструктуры, действующие подобно зеркальным ловушкам. Несмотря на большие трудности, вызванные необходимостью охвата целой полосы частот солнечного спектра, исследователи могут похвастать первыми успехами. «Мы уже видим системы, которые используют сотую часть фотоэлектрических материалов сегодняшних солнечных элементов, давая от 60 до 70% их выходящего электрического тока» – пишет профессор Марк Бронгерсма (Mark Brongersma), один из соавторов обзора.

Сокращение затрат такого материала, как сверхчистый кремний, в 100 раз может существенно удешевить солнечные батареи: в настоящее время на него приходится от 10 до 20% их цены.

Однако выигрышем в себестоимости преимущества сверхтонких солнечных батарей не исчерпываются.

При толщине около 10 мкм (в 10 раз меньше, чем сейчас) обычно хрупкий кремний приобретает значительную механическую гибкость, а сочетание с улавливающими фотоны наноструктурами позволяет ему сохранять эффективность преобразования энергии, сопоставимую с возможностями современных солнечных батарей.

Эластичность открывает множество новых способов применения солнечных батарей, например, их можно внедрять в гибкий пластик создавая ковры или покрытия, сворачивающиеся в рулон. Удобство развертывания таких решений поможет сократить затраты на монтаж, составляющие сегодня в среднем треть от цены систем, устанавливаемых на крышах.

Авторы также говорят о сложностях, связанных с отсутствием четких критериев, которые позволяли бы судить об эффективности тех или иных наноструктур для захвата фотонов. Количество структур бесконечно, смоделировать их все не представляется возможным, и этот теоретический «затор» препятствует дальнейшему углублению научного понимания тонких нюансов взаимодействия света и материи.

А что вы об этом думаете?

  1. Оставьте свой комментарий, Ваше мнение для нас очень важно.

Ваш комментарий

Поля обозначенные как * требуются обязательно. Перед постингом всегда делайте просмотр своего комментария.


(не публикуется)