211service.com
Klíč k lepším solárním článkům: Hrbolatá zrcadla
Tenkovrstvé solární články citlivé na barvivo jsou levnější než konvenční křemíkové články, ale stále jsou relativně neefektivní.
Nanodomy: Pole křemenných kopulí o šířce 600 nanometrů a výšce 200 nanometrů (nahoře) je zalisováno do tenkého filmu oxidu titaničitého, aby se ve filmu vytiskly otvory (dole). Vyplnění otvorů stříbrem pomáhá zachytit více světla uvnitř solárních článků na bázi barviva.
Nyní vědci ze Stanfordské univerzity použili speciálně navržený kovový reflektor ke zvýšení účinnosti solárních článků citlivých na barvivo s pevným elektrolytem až o 20 procent. Reflektor je tenký stříbrný film s řadou hrbolků v nanoměřítku. Výzkumníci používají film k potažení zadního povrchu buněk; film pomáhá zachytit více světla uvnitř buněk. Dostaneme asi o 5 až 20 procent vyšší absorpci v závislosti na barvivu, říká Michael McGehee , ředitel Centra pro pokročilou molekulární fotovoltaiku ve Stanfordu. McGehee vedl výzkum, který byl tento týden publikován online v časopise Pokročilé energetické materiály .
Komerčně debutovaly nedávno tenkovrstvé články citlivé na barvivo s účinností přeměny světla na elektřinu přibližně 11 procent. Používají však tekuté elektrolyty, které jsou těkavé a mohly by unikat. Články s pevnými elektrolyty vykazovaly účinnost pouze kolem 5 procent.
Vzali nejlepší pevnou barvicí buňku, jakou mohli, a vylepšili ji, říká David Ginger , profesor chemie na Washingtonské univerzitě, mezi výzkumníky ze Stanfordu. Ještě lepší je, že to udělali pomocí technologie a metod, které by mohly být potenciálně použity v produkčním prostředí.
Solární články na bázi barviva se skládají z polovodičových nanokrystalů (typicky oxidu titaničitého nebo titanu), které jsou potaženy molekulami barviva a vloženy – spolu s elektrolytem – mezi skleněné nebo plastové desky. Barvivo absorbuje světlo a vytváří elektrony a kladně nabité díry. Krystaly přenášejí elektrony na jednu elektrodu, aby vytvořily elektrický proud, zatímco elektrolyt přenáší otvory na druhou elektrodu.
Pevné elektrolyty však nejsou tak účinné jako kapalné a elektrony a díry se snadněji rekombinují. Aby se tomu zabránilo, je vrstva titanu velmi tenká – obvykle dva mikrometry. Ale čím tenčí jsou buňky, tím rychleji jimi světlo prochází, aniž by se absorbovalo. Výzkumné úsilí o zlepšení účinnosti těchto článků se obvykle soustředilo na vývoj silnějších barviv a nových typů nanokrystalů. Ale McGehee a jeho kolegové použili plasmonické reflektory ke zlepšení účinnosti svých buněk.
Plazmony jsou oscilace elektronů na kovovém povrchu, když jsou excitovány světlem. Řízením tvaru povrchu můžete ovládat typ vytvořených plazmonů, což zase ovlivňuje, jak světlo interaguje s materiálem.
Reflektor vyrobený ve Stanfordu má hrbolky, které vytvářejí plasmony, které otáčí některé přicházející světelné paprsky o 90 stupňů. Takže místo toho, aby se odrazilo od stříbra a vrátilo se ven z buňky, více světla se uvnitř buňky rozptýlí tam a zpět, což dává barvivu delší čas na jeho absorpci.
Vědci svá zařízení vyrobili potažením skla průhlednou vodivou elektrodou, na kterou nanesli vrstvu nanočástic titanu. Potom vzali křemenný kus pokrytý kupolí o šířce 600 nanometrů a vtlačili ho do titanu, čímž ho účinně vytlačili malými otvory. Nakonec přidali vrstvy barviva a stříbra.
Toto je poprvé, kdy byly plasmonické struktury aplikovány na solární články citlivé na barviva v pevné fázi, přičemž bylo hlášeno podstatné zvýšení účinnosti buněk, říká Kylie Catchpole , výzkumný pracovník na Australian National University. Catchpole využívá plasmonika zachycující světlo ke zvýšení účinnosti jiných typů tenkovrstvých solárních článků.
Než se technologie dostane na trh, je třeba udělat ještě hodně práce, říká Martin Green , který pracuje na fotovoltaice zachycující světlo na University of New South Wales. Green říká, že buňky citlivé na barvivo přitahovaly obrovský zájem akademické komunity, ale měly [malý] komerční dopad kvůli nízké účinnosti a pochybné trvanlivosti ve srovnání s komerčními buňkami. Články s tekutým elektrolytem pronikly na trh, ale Green je také skeptický ohledně jejich vyhlídek.
McGehee je však přesvědčen, že bude možné dosáhnout dostatečně vysoké účinnosti. Vědci se nyní zabývají vytvořením reflektorů s hrbolky různých velikostí, výšek, rozestupů a vzorů. Vyladěním těchto faktorů by měly být schopny zvýšit množství světla, které buňky absorbují. Mohli také prozkoumat různá barviva. Rozhodně se zdá, že existuje jasná cesta ke zvýšení účinnosti o více než 20 procent, říká.