211service.com
Horké elektrony by mohly zdvojnásobit sluneční energii
Po desetiletí výzkumníci zkoumali teoretický způsob, jak zdvojnásobit výkon solárních článků – pomocí takzvaných horkých elektronů. Nyní vědci z Boston College poskytli nový experimentální důkaz, že teorie bude fungovat. Postavili solární články, které dostávají energii z vysokoenergetických fotonů. Toto zvýšení, říkají vědci, je výsledkem extrakce horkých elektronů.
Horký solární článek: Tento solární článek je vyroben z tenkých vrstev amorfního křemíku s hliníkovými tečkami, které slouží jako zadní elektrické kontakty. Poskytuje důkaz, že je možné zdvojnásobit výkon solárních článků.
Výsledky jsou krokem k solárním článkům, které překonávají konvenční limity účinnosti. Vzhledem k tomu, jak fungují běžné solární články, mohou teoreticky přeměnit na elektřinu nanejvýš asi 35 procent energie slunečního záření a zbytek promrhat ve formě tepla. Využití horkých elektronů by mohlo vést k účinnosti až 67 procent, říká Matěj Beard , vedoucí vědecký pracovník v National Renewable Energy Laboratory v Golden, CO, který nebyl zapojen do současné práce. Zdvojnásobení účinnosti solárních článků by mohlo snížit náklady na solární energii na polovinu.
Konvenční solární články dokážou efektivně přeměnit energii pouze určitých vlnových délek světla na elektřinu. Například, když solární článek optimalizovaný pro červené vlnové délky světla absorbuje fotony červeného světla, produkuje elektrony s energetickými hladinami podobnými těm, které mají příchozí fotony. Když buňka absorbuje modrý foton s vyšší energií, nejprve vytvoří podobně vysokoenergetický elektron – horký elektron. To však velmi rychle ztrácí velkou část své energie jako teplo, než může uniknout z buňky a vyrobit elektřinu. (Naopak, články optimalizované pro modré světlo nepřeměňují červené světlo na elektřinu, takže obětují energii v této části spektra.)
Vědci z Boston College vyrobili ultratenké solární články o tloušťce pouhých 15 nanometrů. Protože byly články tak tenké, horké elektrony mohly být z článku rychle vytaženy, než vychladly. Vědci zjistili, že výstupní napětí buněk se zvýšilo, když je osvětlily modrým světlem spíše než červeným. Nyní dostáváme elektrony z modrého světla ven, než ztratí veškerou svou přebytečnou energii, říká Michael Naughton , profesor fyziky na Boston College.
Problém je v tom, že protože jsou tak tenké, solární články propouštějí většinu příchozího světla skrz ně. Výsledkem je, že přeměňují pouze 3 procenta energie v příchozím světle na elektřinu. Myslím, že je to slibné, říká Beard. Ale dodává, že zatím vykazují jen docela malý efekt.
Naughton říká, že jeho tým plánuje tento problém vyřešit pomocí nanodrátů. Základní myšlenkou, kterou nyní předložilo mnoho různých výzkumníků, je vytvořit lesy z nanodrátů, které budou absorbovat světlo podél svých délek. A protože každý nanodrát je tenký, elektrony nebudou mít daleko k tomu, aby unikli do vodivé vrstvy na jeho povrchu. To by mohlo umožnit replikovat efekt horkých elektronů pozorovaný v tenkých solárních článcích. Naughton a kolegové komercializují takové nanodráty prostřednictvím startupu s názvem Solasta , se sídlem v Newtonu, MA, která je financována respektovanou společností rizikového kapitálu Kleiner Perkins Caufield & Byers .
Vědci také doufají, že zvýší počet horkých elektronů, které shromažďují z absorbovaného světla. Aby toho dosáhli, obracejí se na přístup Martin Green , profesor na University of New South Wales v Austrálii a lídr v používání horkých elektronů v solárních článcích. Tato metoda zahrnuje začlenění vrstvy kvantových teček, které fungují jako jakýsi filtr, selektivně extrahující elektrony s vyšším než normálním napětím, říká Beard. Naughton říká, že Solasta již prokázal, že je možné začlenit takové kvantové tečky do nanodrátů společnosti.