Для увеличения эффективности солнечных батарей будет использоваться тепло

Новая технология сбора солнечной энергии разработана научными сотрудниками Массачусетского технологического института. Он может увеличить коэффициент полезного действия солнечных батарей благодаря использованию солнечного света для нагрева высокотемпературного материала, чтобы затем его инфракрасное излучение собиралось традиционными фотоэлектрическими ячейками. Эта технология также позволит упростить хранение энергии для отложенного использования.

.

Это и есть тот редкий случай, когда дополнительный шаг дает плюс к производительности. Благодаря нему становится возможным извлечь пользу из диапазона световых волн, который обычно терялся. Процесс описан в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, за авторством выпускника Андрея Ленерта, научного профессора машиностроения Эвелин Ванг, профессора физики Марина Золячич, главного научного исследователя Ивана Целановича и еще троих коллег.

 

По словам Ванг, традиционные солнечные ячейки на основе кремния теряют часть энергии из-за того, что преобразование энергии фотонов в электричество требует, чтобы энергетический уровень фотона соответствовал характеристике фотогальванического материала (ФГ), называемой ширина запрещенной зоны. Ширина запрещенной зоны кремния соответствует световым волнам с одними длинами, но пропускает с другими. Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи поместили между солнечными лучами и ФГ-ячейкой двухслойное устройство, в состав которого входят карбоновые нанотрубки и фотонные кристаллы. Этот материал собирает энергию из широкого спектра солнечного света. Нагреваясь в процессе, он начинает излучать свет с фиксированной длиной волны, которая соответствует ширине запрещенной зоны ФГ-ячейки, вмонтированной рядом с ним.

 

Существует теоретический лимит (лимит Шокли-Квиссера) эффективности преобразования энергии с помощью полупроводниковых ФГ-устройств – 33,7%. Однако Ванг говорит, что эффективность термофотогальванических (ТФГ) систем может быть значительно выше и достигать 80 процентов.
На данный момент реализовать этот потенциал еще не удалось – на практике еще не было создано солнечное ТФГ устройство с КПД выше 1%. Однако Ленерт и его команда уже протестировали первое устройство с эффективностью 3,2%, и собираются достичь 20% в дальнейшем. Этого, по их словам, будет уже достаточно для коммерческого успеха.