Рекорд эффективности солнечных батарей

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

Солнечная батарея установила новый рекорд эффективности — почти 50%

Новая солнечная батарея установила рекорд эффективности. Исследователи из США сообщили, что она может преобразовывать свет в электричество с КПД 47,1%. Вариация той же ячейки установила рекорд эффективности при непостоянном освещении на уровне 39,2%.

Ученые из Национальной лаборатории по возобновляемым источникам энергии (NREL) в США установили новый мировой рекорд эффективности преобразования солнечной энергии. Они сделали это благодаря инновационному элементу, который преобразует свет в электричество с КПД почти 50%.

Они использовали «шестипереходный» элемент, в котором есть 140 слоев полупроводниковых материалов для достижения коэффициента преобразования в 47,1%. Это новый рекорд — исследователи превзошли результат в 46%, установленный Институтом Фраунгофера в Германии.

При создании устройства исследователи NREL опирались на материалы III-V, они обладают широким спектром свойств поглощения света. Каждое из шести соединений ячейки специально подбирали для захвата света из определенной части спектра. Для максимальной эффективности ученые создали 140 слоев из комбинации различных материалов.

«Это устройство демонстрирует необычайный потенциал многослойных солнечных батарей. В ближайшее время мы достигнем эффективности в 50%», — заявил ведущий исследователь и главный научный сотрудник группы высокоэффективной фотоэлектрической кристаллографии NREL Джон Гайш.

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

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

Журнал «Все о Космосе»

Солнечные батареи побили рекорд эффективности

Учёные из США разработали солнечные элементы с рекордным КПД: почти 50%. Тем временем другая научная группа создала солнечные батареи нового типа для космических кораблей.

Сложность для эффективности

О рекордной эффективности фотоэлементов сообщила на страницах журнала Nature Energy команда из Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии (США). При естественной освещённости солнцем их детище показало КПД 39,2%. Под сконцентрированными солнечными лучами, когда освещённость превышает естественную в 143 раза, эффективность достигает 47,1%. Обе величины являются мировым рекордом для солнечных батарей.

Новый фотоэлемент состоит из шести слоёв, занимающихся собственно выработкой энергии. Каждый слой изготовлен из отдельного материала. Это фосфид алюминия-галлия-индия Al_0,18Ga_0,33In_0,49P, арсенид алюминия-галлия Al_0,23Ga_0,77As, арсенид галлия GaAs и три разновидности арсенидов галлия-индия: Ga_0,84In_0,16As, Ga_0,66In_0,34As и Ga_0,42In_0,58As. Такое разнообразие позволяет использовать для выработки электричества фотоны с самой разной энергией.

Между этими слоями присутствуют прослойки вспомогательных веществ, так что общее число уровней в “слоёном пироге” достигает 140. При этом батарея остаётся втрое тоньше человеческого волоса.

Исследователи полагают, что дальнейшее развитие этой технологии позволит коэффициенту полезного действия преодолеть знаковую отметку в 50%.

Ключевым недостатком новой батареи является её высокая стоимость (определяемая прежде всего сложностью производства подобных фотоэлементов). Однако это препятствие можно обойти, фокусируя свет с помощью вогнутых зеркал. Как отмечает соавтор исследования Райан Франс (Ryan France), это позволит уменьшить площадь (а значит, и стоимость) фотоэлемента в сотни и даже тысячи раз.

Другой нишей для новой технологии может стать космическая промышленность. КПД стандартных кремниевых фотоэлементов сегодня составляет около 20%. Чтобы обеспечить космические аппараты энергией, приходится делать панели большой площади, а между тем требования к массе и габаритам полезной нагрузки в космосе весьма жёсткие. Поэтому разработчики наверняка не пожалеют денег на более компактные батареи той же мощности.

Космос для стойких

Кстати, о космосе. Именно там может пригодиться ещё один фотоэлемент, описанный на страницах журнала Joule большой международной исследовательской группой.

Устройство содержит два слоя. Первый состоит из перовскита и поглощает в основном кванты света. Второй состоит из соединения меди, индия, галлия и селена и вырабатывает ток благодаря инфракрасным фотонам.

КПД всей конструкции составляет 24,16%. Это не так много по сравнению с описанной выше разработкой, однако у новой батареи есть свои преимущества.

“Эта комбинация [материалов] чрезвычайно легка и устойчива к облучению. Она может подойти для применения в космической технике”, — объясняет соавтор работы Стив Альбрехт (Steve Albrecht) из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца.

Новый фотоэлемент невероятно устойчив перед протонным облучением. Это важный фактор в космосе, где аппараты непрерывно бомбардируются солнечным ветром и космическими лучами.

Даже после облучения с плотностью два триллиона протонов на квадратный сантиметр при энергии частиц в 68 мегаэлектронвольт батарея сохранила 85% своей первоначальной эффективности. Эта стойкость может очень пригодиться космическим зондам, особенно межпланетным, не защищённым магнитным полем Земли.

Кроме того, новый фотоэлемент тонок (менее пяти микрометров), гибок и сравнительно дёшев. Так что ему вполне можно найти применение и на Земле.

Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник