Созданы солнечные батареи с максимальным КПД
Ученые Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии (США) разработали солнечные батареи с максимальным на сегодняшний момент КПД. Он составляет 39,2 процента при естественной освещенности солнцем, и при концентрированном солнечном свете — более 47 процентов. Оба показателя побили мировой рекорд для солнечных батарей. Сообщение об этом появилось в издании Nature Energy.
Такого эффекта разработчикам удалось достигнуть за счет инновационной конструкции пластин. Фотоэлемент представляет собой слоеный пирог из шести слоев, каждый их которых изготовлен из отдельного материала. Это фосфид алюминия-галлия-индия, арсенид алюминия-галлия, арсенид галлия и три разновидности арсенидов галлия-индия. Подобное разнообразие материалов позволяет использовать для выработки электричества фотоны с самой разной энергией.
Помимо этого, между слоями размещены прослойки вспомогательных веществ. В итоге всего в «слоеном пироге» 140 уровней. Любопытно, что сама батарея при этом втрое тоньше человеческого волоса.
Подобные фотоэлементы имеют высокую стоимость из-за сложности их производства. Однако авторы разработки имеют ответ и на этот вопрос. Стоимость, считают они, можно существенно снизить, если уменьшить площадь фотоэлемента. Сделать это можно, фокусируя свет с помощью вогнутых зеркал.
Подобная разработка имеет перспективное значение как для энергетики в целом, так и для космической промышленности. Сейчас в космических аппаратах используются кремниевые фотоэлементы, КПД которых составляет всего около 20 процентов. Поэтому на спутниках для выработки энергии применяются фотопанели большой площади. Новые компактные и эффективные батареи — будущее космической отрасли.
Кстати, уже изобретен фотоэлемент, устойчивый к космической радиации. КПД у него невысокий, 24,1 процента, но состав — перовскит, соединения меди, индия, галлия и селена придает устойчивость перед протонным облучением, что важно в условиях космоса для межпланетных зондов, не защищенным магнитным полем Земли.
Источник
Эффективность солнечных батарей довели до 29,15%
Это новый мировой рекорд
Исследовательская группа Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) опубликовала в журнале Science статью о разработке тандемного солнечного элемента из перовскита и кремния. Его эффективность составила 29,15%. Это мировой рекорд. Предыдущее рекордное значение было равно 28%. Ученые рассчитывают довести эффективность тандемного солнечного элемента до 30%. Более того, они полагают, что и эта отметка может быть превышена.
Сейчас основным материалом для солнечных элементов является кремний, а разработки с использованием перовскита (титаната кальция) ведутся параллельно. Ученые считают, что потенциал перовскита еще не раскрыт. Комбинируя оба материала, удалось получить прирост эффективности. Исследователи объясняют это следующим образом:
Солнечные элементы, состоящие из двух полупроводников с различной шириной запрещенной зоны, способны демонстрировать значительно более высокую эффективность при использовании в тандеме по сравнению с отдельными элементами. Это связано с тем, что тандемные элементы полнее используют солнечный спектр. В частности, обычные кремниевые солнечные элементы главным образом эффективно преобразуют в электрическую энергию инфракрасную часть солнечного спектра, в то время как определенные соединения перовскита могут эффективно преобразовывать видимую часть спектра, делая это сочетание таким мощным.
Немаловажно, что использование перовскита и кремния не увеличивает стоимость солнечных панелей. Что касается долговечности, лабораторный образец размером 1 x 1 см после 300 часов работы без защитной оболочки сохранил 95% первоначальной эффективности.
Источник
Разработанные в США солнечные батареи побили рекорд эффективности
Как сообщает сайт телеканала «Вести» со ссылкой на публикацию журнала Nature Energy, оба показателя стали новым мировым рекордом для КПД солнечных батарей.
Предыдущий рекорд КПД солнечных элементов был зафиксирован на отметке 44,4%.
Разработкой солнечных аккумуляторов занималась группа ученных Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии в США.
Новая батарея состоит из шести слоёв, которые вырабатывают энергию. Каждый слой изготовлен из отдельного материала. Отмечается, что разнообразие материалов каждого слоя позволяет использовать для выработки электричества фотоны с самой разной энергией.
Между основными слоями нового фотоэлемента находится также множество прослоек вспомогательных веществ, и общее количество уровней в батарее-рекордсмене достигает 140. Вместе с тем разработанная солнечная батарея имеет микроскопическую толщину — она в три раза тоньше человеческого волоса. Ее разработчики уверены, что развитие данной технологии позволит КПД побить в дальнейшем собственное достижение, поставив рекорд эффективности элемента на уровне выше 50%.
Отмечается и недостаток новой солнечной батареи, который касается не конструктивного фактора, а чисто практического — это ее высокая стоимость из-за очень сложной и крайне затратной технологии производства.
Но, как полагают ученые, этот недостаток в дальнейшем можно исправить, если фокусировать солнечный свет с помощью вогнутых зеркал, что позволит сократить площадь, а соответственно, и стоимость батареи в сотни и даже тысячи раз.
Одной из областей применения новой разработки может стать космическая отрасль, ведь КПД используемых сейчас элементов из кремния не дотягивает даже до 20%, поэтому площади солнечных батарей для снабжения энергией космических аппаратов очень велики, что, очевидно, не лучший вариант при крайне жестких требованиях к массе и габаритам полезной нагрузки в космосе. Поэтому, как отмечает издание, разработчики не поскупятся на очень компактные и при этом, куда более эффективные солнечные батареи.
Вместе с тем другая группа немецких ученных из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца создала солнечные батареи нового типа специально для космических кораблей. Их КПД составляет 24,16%, однако у них свои неоспоримые преимущества, поскольку они очень устойчивы к жесткому протонному облучению, имеют маленькую массу, размер, чрезвычайную гибкость и относительно малую стоимость. Из-за этого подобные фотоэлементы могут использоваться и на Земле в самых разных областях.
Источник
Установлен новый рекорд эффективности солнечных элементов
Долгое время кремниевые солнечные элементы обладали недостижимым для любых других материалов коэффициентом эффективности. Рекордного показателя удалось достичь немецким учёным: они добились 30% КПД за счёт использования редкого материала перовскита.
Лабораторный образец кремниево-перовскитного элемента
Эффективность кремниевых солнечных элементов не превышает 20%. Перовскит же появился на рынке не более десяти лет назад и сразу же оказался крайне перспективным. Однако и его предел КПД колеблется в районе 20%. Как выяснилось, можно добиться гораздо более высоких результатов путём объединения этих двух материалов. Если ещё пять лет назад тандем кремния и перовскита имел эффективность 13,7%, то уже два года назад он достиг 25,2%. Команде учёных из Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) удалось добиться впечатляющего показателя в 29,15%, что совсем недалеко от теоретического предела в 35%.
Исследователи поясняют, что перовскит и кремний поглощают свет с разной длиной волны. Первый лучше всего воспринимает зелёный и синий свет, а второй в основном фокусируется на красной и инфракрасной частях спектра. Баланс между компонентами этих материалов и позволил добиться столь впечатляющих результатов.
Первый прототип имеет размер всего 1 см², но исследователи уверены, что его легко масштабировать с целью коммерческого использования.
Источник
Разработана солнечная панель с рекордной эффективностью
За экологичными способами добычи энергии будущее, и уже скоро они станут экономически выгодными. Технологии не стоят на месте, и солнечные панели постоянно совершенствуются, становясь дешевле и долговечнее. Новая разработка американских исследователей может стать действительно революционной, приблизившись к порогу эффективности в 50%.
Технология была разработана учёными из Национальной лаборатории возобновляемой энергии (США). Созданный ими солнечный элемент продемонстрировал рекордную эффективность на уровне 47,1%. Это сделало его самым эффективным решением в мире на данный момент.
Созданное устройство получило название «солнечный элемент III-V с шестью контактами», поскольку состоит из шести различных типов фотоактивного слоя, включающих разные материалы. Всего было задействовано около 140 слоёв, упакованных в панель, которая тоньше человеческого волоса. Исследователи уточняют, что рекордных показателей удалось достичь при яркости света, в 143 раза превышающей солнечную. Для достижения заявленных значений можно использовать специальные зеркала с фокусировкой. В обычных условиях эффективность солнечного элемента достигает 39,2%, что также вполне неплохой результат.
Ещё одним достижением команды стали тандемные солнечные элементы, представляющие собой фотоэлементы с двумя различными типами фотоактивных слоёв. В этом случае один слой был сделан из перовскита, в то время как другой представлял собой комбинацию меди, индия, галлия и селена, которую команда называет CIGS. Перовскит собирает видимый свет, в то время как CIGS предназначается для инфракрасного излучения. Для улучшения контакта между двумя слоями команда добавила слой атомов рубидия. Благодаря новой методике удалось достичь показателя эффективности 24,16%. Это существенный прорыв, поскольку такая технология позволяет изготавливать гибкие солнечные модули. Они чрезвычайно легки и устойчивы к облучению, что открывает возможности по их применению в космосе.
Источник