Ученые строят высокоэффективные прозрачные солнечные элементы

10.02.2020

В последние годы ученые открыли широкие возможности исследований, посвященных прозрачным солнечным элементам, которые считают, что солнечная энергия может удовлетворить потребности общества, и это может стать следующей большой вехой.

В этом интересном явлении фотовольтаики существует неизбежный компромисс между пропусканием света (видимая прозрачность) и выработкой энергии (эффективность преобразования фотоэлектрической энергии).

До сих пор мы видели различные тонированные прозрачные солнечные элементы с низкой энергоэффективностью и скромной прозрачностью. Они не подходят для использования в электронных устройствах, автомобильных окнах и фотоэлектрических окнах, встроенных в здания.

Теперь исследователи из Национального института науки и технологий Ульсана в Южной Корее разработали энергоэффективные прозрачные солнечные элементы с использованием кремниевых микропроводных композитов. В них встроены цилиндрические кремниевые стержни из гибкого прозрачного полимерного материала.

Чем он отличается от других прозрачных солнечных батарей?

В отличие от существующих прозрачных солнечных элементов, которые в основном основаны на красителях, органике и перовскитах, новые гибкие, нейтральные по цвету солнечные элементы основаны на схеме n-кремниевых микропроводов.

Для изготовления этих микропроводов с контролируемым расстоянием используется метод, называемый глубокореактивным ионным травлением. Затем они встраиваются в гибкую прозрачную полимерную матрицу.

Она сконструирована таким образом, что отраженный от кремниевых стержней солнечный свет можно контролировать для повышения эффективности. Точнее, пропускание света можно регулировать в диапазоне от 10 до 55 процентов путем изменения расстояния между микропроводами.

Как это работает?

Каждый кремниевый стержень в этом солнечном элементе работает как фотоактивный слой: он поглощает солнечный свет и генерирует электричество. Исследователи расположили стержни через определенные промежутки времени так, чтобы их нельзя было увидеть невооруженным глазом. Поэтому солнечные элементы сохраняют как гибкие, так и прозрачные характеристики самой подложки.

Процесс изготовления нового прозрачного солнечного элемента / предоставлено исследователями

Чтобы увеличить способность поглощения света без ущерба для прозрачности, исследователи значительно изменили форму наконечника кремниевых микропроводов. Хотя поглощение, пропускание и отражение света происходят в обычных солнечных элементах, они не используют преимущества отраженного света.

Новая структура, с другой стороны, поглощает отраженный свет обратно в солнечный элемент: солнечный свет, отраженный от верхней части кремниевого стержня, поглощается стержнем рядом с ним.

Прозрачные солнечные элементы на основе микропроводов с наклонным наконечником показали эффективность 8% при видимой прозрачности 10%. Это самая высокая эффективность достигнутая среди основанных на кремни прозрачных фотоэлементов. Они могут поддерживать свою первоначальную эффективность даже после десятков испытаний на изгиб.

И в отличие от других прозрачных солнечных элементов нейтрального цвета, которые изготавливаются на жестких стеклянных подложках, эти гибкие солнечные элементы могут иметь различные практические применения - от мобильных и носимых устройств до генерации электроэнергии, встроенной в здания.

Источник: https://new-science.ru/uchenye-stroyat-vysokoeffektivnye-prozrachnye-solnechnye-elementy/