Новое исследование, проведенное учеными из Йоркского университета, показало, что разработка солнечных элементов с шахматными линиями может повысить их способность поглощать свет на 125% и может привести к более широкому использованию возобновляемых источников энергии.

"Шахматная" конструкция элементов повышает производительность солнечных панелей

Новое исследование, проведенное учеными из Йоркского университета, показало, что разработка солнечных элементов с шахматной конструкцией может повысить их способность поглощать свет на 125% и может привести к более широкому использованию возобновляемых источников энергии.
Исследователи из Йоркского университета в Англии в сотрудничестве с Лиссабонским университетом NOVA в Португалии недавно опубликовали исследование, в котором изучается, как различные конструкции поверхности солнечных элементов влияют на поглощение солнечного света в солнечных панелях.

Особенности исследования

В исследовании « Улавливание света в солнечных элементах: простые правила проектирования для максимального поглощения» , опубликованном в журнале с открытым доступом Optica, была предпринята попытка изучить более простой подход к увеличению способности солнечных элементов к улавливанию света, то есть увеличению их способности поглощения солнечного света.

В настоящее время, по мнению исследователей, многие из усовершенствованных светозахватывающих структур, разработанных в последние годы, хотя и эффективны для повышения производительности солнечных элементов, тем не менее, являются более сложными конструкциями и, как таковые, с меньшей вероятностью будут интегрированы в промышленное применение.

Исследователи отмечают, что «их промышленное применение скорее зависит от простоты интеграции с концепцией солнечных элементов и технологическим процессом».
Пытаясь упростить конструкцию солнечных элементов при одновременном увеличении поглощения солнечного света, исследователи продемонстрировали, как «простые решетки» в шахматном порядке на солнечном элементе «могут работать так же хорошо, как и усовершенствованные конструкции улавливания света».

Линии дифракционной решетки на солнечных элементах, согласно статье 2008 года , «были введены в тонкопленочные солнечные элементы как средство для лучшего контроля светорассеяния внутри элементов». Введение линейных решетчатых линий служит «для подавления полного отражения в интересующей области длин волн и для рассеивания света на (заранее) выбранные углы».

Другими словами, эти простые решетчатые линии, нанесенные на поверхность солнечного элемента, служат для преломления входящего света на несколько отдельных лучей, движущихся в разных направлениях, для повышения производительности солнечного элемента.

Выводы экспертов

По словам исследователей из Йоркского университета и Лиссабонского университета NOVA, «простые линии решеток продемонстрировали лишь незначительное улучшение поглощения в материалах солнечных элементов» и привели к убеждению, что простые решетчатые фиксаторы не могут стать опорой передовых солнечных инноваций.

И наоборот, «вера в то, что они не могут быть столпом передовых фотонных концепций, вызвала новую область исследований для анализа все более сложных и все более эффективных схем захвата света за счет их сложности».

Новое исследование было посвящено исследованию различных конструкций решеток, таких как роза, зигзаг и шахматная доска. Исследователи обнаружили, что конструкция решетки в виде шахматной доски показала наилучшие результаты - она может увеличить поглощение света на 125%.

Конструкция шахматной доски особенно улучшает дифракцию, что, в свою очередь, увеличивает вероятность поглощения света, который затем используется для создания электричества.

«Мы нашли простой трюк для увеличения поглощения тонких солнечных элементов», - сказал доктор Кристиан Шустер из физического факультета Йоркского университета .

«Наши исследования показывают, что наша идея на самом деле конкурирует с улучшением поглощения более сложных конструкций, при этом поглощая больше света глубоко в плоскости и меньше света вблизи самой поверхностной структуры.

«Наши правила проектирования соответствуют всем аспектам улавливания света для солнечных элементов, открывая путь для простых, практичных и в то же время выдающихся дифракционных структур с потенциальным воздействием, выходящим за рамки фотонных приложений.

«Эта конструкция предлагает потенциал для дальнейшей интеграции солнечных элементов в более тонкие и гибкие материалы и, следовательно, создает больше возможностей для использования солнечной энергии в большем количестве продуктов».

Потенциальным важным результатом этого исследования является не только повышенное поглощение света солнечными элементами, но и упрощение конструкции, что может привести к производству более тонких, легких и гибких солнечных панелей.

Это, в свою очередь, может привести к тому, что солнечные панели будут использоваться в большем количестве домов и в более широком спектре продуктов и приложений. Исследователи также считают, что эти новые конструкции решеток уменьшат потребность в более толстых и сложных солнечных панелях, сделав их более дешевыми и экологически безопасными.

«В принципе, мы бы развернули в десять раз больше солнечной энергии при том же количестве абсорбирующего материала: в десять раз более тонкие солнечные элементы могли бы обеспечить быстрое распространение фотоэлектрических систем, увеличить производство солнечной электроэнергии и значительно сократить наш углеродный след», - добавил доктор Шустер.

«Фактически, поскольку рафинирование кремниевого сырья является таким энергоемким процессом, кремниевые элементы в десять раз тоньше не только сократят потребность в нефтеперерабатывающих заводах, но и будут стоить дешевле, что позволит нам перейти к более зеленой экономике», - заключил ученый.

Источник: 
https://reneweconomy.com.au