Двошаровий сонячний елемент встановлює рекорд генерування енергії
Вчені з Каліфорнійської інженерної школи UCLA Samueli розробили високоефективний тонкоплівковий сонячний елемент, який виділяє більше сонячної енергії, ніж звичайні сонячні панелі, завдяки двошарової конструкції.
Пристрій виготовляється шляхом розпилення тонкого шару перовскита - недорогого сполуки свинцю і йоду, який, як було показано, дуже ефективний при захопленні енергії з сонячного світла - в комерційно доступний сонячний елемент. Сонячний елемент, який утворює нижній шар пристрою, виготовлений із з'єднання міді, індію, галію і селеніду або CIGS.
Нова осередок групи перетворює 22,4 відсотка енергії, що надходить від сонця, що є рекордним показником ефективності перетворення енергії для періско-CIGS-тандемного сонячного елемента. Продуктивність була підтверджена в незалежних тестах в Національній лабораторії відновлюваної енергії Міністерства енергетики США. (Попередній запис, встановлена в 2015 році групою в Дослідницькому центрі IBM Thomas J. Watson, становила 10,9 відсотка.) Показник ефективності пристрою UCLA аналогічний ККД полі-кремнієвих сонячних елементів, які в даний час домінують на ринку фотоелектрики.
Ціфен Хань, Ян Ян і Лей Мен
Дослідження, яке було опубліковано сьогодні в Науці, возглавлялось Яном Яном, Керол Каліфорнії і Лоуренсом Е. Таннасом молодшим професором матеріалознавства.
«Завдяки нашому тандемних дизайну сонячних елементів ми виробляємо енергію з двох окремих частин сонячного спектра на одному і тому ж ділянці пристрої», - сказав Ян. «Це збільшує кількість енергії, що генерується сонячним світлом, в порівнянні з одним шаром CIGS».
Ян додав, що метод розпилення на шар перовскита можна легко і недорого включити в існуючі процеси виробництва сонячних батарей.
Основний шар осередку CIGS, який становить близько 2 мікрон (або двохтисячний міліметр), поглинає сонячне світло і генерує енергію з коефіцієнтом корисності 18,7% сам по собі, але додавання шару перовскита товщиною 1 мікрон підвищує його ефективність - схоже, що додавання турбокомпресора до двигуну автомобіля може поліпшити його продуктивність. Два шару з'єднані за допомогою нанорозмірного інтерфейсу, розробленого дослідниками UCLA; інтерфейс допомагає надати пристрою більш висока напруга, що збільшує обсяг потужності, яку він може експортувати.
І вся збірка знаходиться на скляній підкладці товщиною близько 2 міліметрів.
«Наша технологія підвищила продуктивність існуючих сонячних елементів CIGS майже на 20 відсотків від її початкової продуктивності», - сказав Ян. «Це означає скорочення витрат на електроенергію на 20 відсотків».
Він додав, що пристрої, що використовують двошарову конструкцію, можуть в кінцевому підсумку наблизитися до ефективності перетворення потужності в 30 відсотків. Це буде наступна мета дослідницької групи.
Провідними авторами дослідження є Кіфен Хан, запрошений науковий співробітник лабораторії Яна, і Яо-Цунг Се і Лей Мен, які обидва нещодавно отримали докторські ступені в Каліфорнійському університеті. Інші автори дослідження є членами дослідницької групи Янга і дослідників з Дослідницького центру Atsugi Solar Frontier Corp. в Японії.
Дослідження було підтримано Національним науковим фондом і Управлінням наукових досліджень ВВС. Ян і його дослідницька група вже декілька років працюють над тандемними сонячними батареями, а їх досягнення включають розробку прозорих тандемних сонячних елементів, які можна використовувати у вікнах.
