Lampu inframerah membolehkan elektron memanjat

Sel-sel solar novel dengan upconverters menggunakan sinaran haba sebelum ini yang hilang

Sel solar silikon dua belah - diletakkan di sini pada silinder aluminium - diterangi dari atas dengan laser inframerah. Lampu inframerah yang tidak kelihatan mencipta tempat cahaya yang kelihatan pada penukar belakang. © Fraunhofer ISE
membaca dengan kuat

Tidak cekap: sinaran panas matahari terbilang banyak untuk sel solar silikon. Walau bagaimanapun, penukar tinggi yang dipanggil, menukar sinaran inframerah yang tidak terpakai ini kepada cahaya yang boleh digunakan. Penyelidik Jerman kini menggunakan kesan ini untuk penjanaan kuasa buat kali pertama.

Dalam sinar matahari lebih banyak daripada yang dilihat oleh mata: Selaran matahari disebabkan oleh radiasi UV yang tidak kelihatan, sementara radiasi inframerah yang tidak kelihatan dirasakan sebagai panas pada kulit. Walaupun sel suria "hanya" melihat sebahagian daripada sinaran suria: yang terbuat dari silikon kehilangan kira-kira 20 peratus daripada tenaga spektrum solar - kerana mereka tidak boleh menggunakan sebahagian daripada radiasi inframerah, atau radiasi IR untuk pendek, untuk menjana elektrik.

Sebahagian besar sinaran inframerah setakat ini tidak digunakan

Apabila sinaran matahari memasuki sel solar, ia menyerap cahaya yang kelihatan dan juga sebahagian kecil daripada julat inframerah. Walau bagaimanapun, jumlah cahaya inframerah yang lebih besar tidak diserap dan melepasi sel solar tanpa kesan. Tenaga cahaya inframerah gelombang panjang ini tidak mencukupi untuk merangsang sel solar untuk mengeluarkan tenaga elektrik.

Penyelidik di Institut Fraunhofer untuk Sistem Tenaga Suria ISE di Freiburg, bersama-sama dengan rakan-rakan dari Universiti Bern dan Edinburgh, kini buat kali pertama menggunakan sebahagian daripada radiasi ini untuk sel solar silikon dengan bantuan penukar tinggi yang dipanggil penggunaan praktikal.

Untuk menggunakan penukar yang begitu tinggi, penyelidik terpaksa mengoptimumkan sel-sel solar. Kerana biasanya mereka adalah wap yang didepositkan di belakang dengan logam, supaya arus dapat mengalir keluar dari sel-sel suria - jadi ia tidak boleh melalui cahaya. "Kami telah menyediakan sel-sel solar dengan grid logam di bahagian hadapan dan di belakang, supaya cahaya IR melepasi sel solar. Di samping itu, cahaya boleh digunakan dari kedua-dua belah pihak, satu bercakap tentang sel solar bifacial, "jelas Stefan Fischer, seorang saintis di ISE. paparan

Sel solar dua belah lebih cekap

Para saintis telah menyediakan salutan antirefleksi khas di bahagian hadapan dan belakang sel solar. Ini melembutkan permukaan dan pastikan sel menyerap cahaya sebanyak mungkin. »Buat pertama kali, kami juga mengoptimumkan lapisan antirefleksi untuk bahagian belakang sel suria. Ini dapat meningkatkan kecekapan modul dan meningkatkan hasil tenaga mereka. Syarikat-syarikat pertama sudah cuba menyedari ini dengan menggunakan sel-sel suria dua sisi, kata Fischer.

Inti sel solar baru akhirnya penukar yang tinggi, yang terletak di belakang sel. Ia pada dasarnya serbuk mikrokristalin sodium yttrium fluoride yang tertanam dalam polimer. Sebahagian daripada yttrium telah digantikan oleh unsur optik aktif Erbium, yang akhirnya bertanggungjawab untuk peningkatan konkrit. Tetapi bagaimana penukar yang tinggi dapat memanfaatkan cahaya IR untuk sel solar?

Sebuah tangga untuk zarah cahaya

Apabila cahaya memukul penukar yang tinggi ini, ia merangsang ion erbium dalam serbuk. Iaitu, mereka dimasukkan ke dalam keadaan tenaga yang lebih tinggi. Satu dapat membayangkan reaksi ini sebagai pendakian ke tangga: Satu elektron dalam ion menggunakan tenaga zarah cahaya untuk melangkah pada langkah pertama tangga. Sebelum turun lagi dari tahap tenaga ini, satu lagi zarah cahaya menyebabkan elektron memanjat ke tahap kedua, dan sebagainya. Dari langkah teratas, ion teruja boleh melompat ke bawah dalam satu langkah. Ia menghantar cahaya dengan semua tenaga semua zarah cahaya yang membantu elektron memanjat tangga tenaga. Penukar yang tinggi itu mengumpul tenaga beberapa zarah-zarah ini dan menghantarnya kepada satu. Zarah ini kemudian mempunyai tenaga yang cukup untuk sel suria untuk melihat dan menggunakannya.

Teknologi penukar tinggi, yang menukarkan inframerah ke dalam cahaya yang boleh digunakan, telah diketahui sejak 1960-an. Walau bagaimanapun, ia hanya disiasat sejak tahun 1996 berkaitan dengan sel suria. "Kami dapat mengoptimumkan sel-sel solar dan penukar yang tinggi supaya kami mampu mencapai keuntungan terbesar dari segi kecekapan, " kata Stefan Fischer, saintis di ISE yang gembira. Potensi yang hebat: sel solar silikon secara teorinya mengubah kira-kira 30 peratus cahaya matahari yang jatuh ke dalamnya menjadi tenaga elektrik. Penukar tinggi boleh meningkatkan bahagian ini kepada 40 peratus.

(Fraunhofer Gesellschaft, 05.11.2013 - AKR)