"Bahan Baumkuchen" menjadikan sel suria lebih berkesan

Lapisan oksida ultra nipis meningkatkan kecekapan semasa dan membuat sel nipis lebih nipis

Sel solar konvensional © DOE / NREL
membaca dengan kuat

Kelas bahan baru boleh membantu membina sel solar yang lebih cekap: susunan heterostruktur yang ultra-nipis dan berlapis yang dipanggil memastikan elektron yang dipindahkan oleh cahaya matahari dari tempatnya sebenarnya mengalir keluar sebagai elektrik dan bukannya kembali ke tempat lama mereka jatuh. Walaupun pengeluaran sel solar daripada lapisan oksida adalah lebih kompleks daripada berasaskan silikon konvensional, tetapi mereka memberikan kuasa yang lebih besar di mana-mana, di mana panel yang sangat nipis dan berkesan dalam permintaan, laporan penyelidik dalam jurnal "Kajian Semula Fizikal".

Prinsip dasar sel solar adalah kesan fotoelektrik, varian paling sederhana yang diterangkan oleh Albert Einstein seawal tahun 1905: Apabila zarah cahaya diserap oleh bahan, ia dapat menyebabkan elektron meninggalkan mana mereka dan arus elektrik mula mengalir. Apabila elektron dikeluarkan dari tempatnya, tapak yang dibebankan positif kekal, yang disebut "lubang". Kedua-dua elektron bercas negatif dan lubang cas yang positif boleh menyumbang kepada arus arus. "Walau bagaimanapun, jika dalam elektron dan lubang sel suria tidak diangkut sebagai elektrik, tetapi menyatukan semula, maka semuanya sama seperti sebelumnya - tenaga tidak boleh digunakan, " jelas penulis pertama Elias Assmann dari Universiti Teknologi Vienna.

Dua penebat menjadi logam

Dan ini adalah tepat di mana bahan baru yang diselidiki oleh para penyelidik datang dalam: "Keuntungan yang menentukan bahan baru adalah bahawa magnitud perintah magnitud membuat medan elektrik yang kuat yang memacu elektron dan lubang di arah bertentangan dari satu sama lain." Ini meningkatkan kecekapan sel suria, Pada dasarnya, heterostruktur oksigen yang dipanggil terdiri daripada lapisan nipis yang berbeza dari sebatian oksigen yang berbeza. Oksida ini sebenarnya adalah penebat konduktif dan oleh itu biasanya tidak sesuai untuk sel solar.

Elektron dan lubang membentuk dalam lapisan ultrathin seli akibat penyinaran cahaya; kabel konduktif dipasang di bahagian atas dan bawah, yang digunakan untuk menutup litar. © TU Vienna

Walau bagaimanapun, apabila lapisan dua penebat yang sesuai dibungkus bersama, bahan di antara muka di bahagian atas dan bawahnya menghairankan membangunkan sifat logam dan menjalankan arus elektrik. Ini sangat penting bagi kami: ia membolehkan anda dengan mudah mendapatkan bahagian atas dan bawah pembawa caj elektrik dan membiarkannya mengalir, "kata pengarang bersama Karsten Held. Dalam sel solar konvensional yang diperbuat daripada silikon, seseorang perlu memasang wayar logam konduktif untuk menghilangkan arus, tetapi ini menghalang jalan ke dalam sel suria untuk sebahagian daripada cahaya matahari.

Custom dibuat untuk cahaya matahari

Satu lagi kelebihan bahan baru: Dalam sel solar konvensional, tidak semua foton ditukar sama dengan cekap ke dalam elektrik. Untuk warna cahaya yang berbeza, bahan yang berbeza sangat sesuai. Dalam hal heterostruktur oksida, sifat-sifat yang sesuai dapat dicapai dengan memilih unsur-unsur kimia yang sesuai, jelas Peter Blaha dari Institut Bahan Kimia Bahan di Universitas Teknologi Vienna. Dalam pengiraan simulasi, pasukan menganalisis lapisan oksida dengan lanthanum dan vanadium, kerana bahan yang dihasilkan sangat sesuai dengan radiasi matahari. Ia juga mungkin untuk menggabungkan pelbagai jenis salutan supaya warna cahaya yang berbeza boleh diubah menjadi kuasa elektrik dalam lapisan bahan yang berlainan, "kata Assmann. paparan

Sel solar baru kini dibina dan diuji di Universiti Würzburg. Pengeluaran sel solar daripada lapisan oksida lebih kompleks daripada sel solar silikon konvensional. Tetapi sekurang-kurangnya di mana kecekapan tenaga yang tinggi atau ketebalan minimum diperlukan, struktur baru harus dapat menggantikan sel silikon sebelumnya., Dipegang yakin. (Surat Semula Fizikal, 2013; doi: 10.1103 / PhysRevLLL.110.078701)

(TU Vienna, 13.02.2013 - NPO)