211service.com
Fånga mer ljus med en enda solcell
De mest effektiva solcellerna har vanligtvis flera lager av halvledarmaterial, vart och ett avstämt för att omvandla olika färger av ljus till elektricitet. Forskare vid Lawrence Berkeley National Lab har nu gjort en enda halvledare som utför nästan samma jobb. Ännu viktigare, de gjorde materialet med en vanlig tillverkningsteknik, vilket tyder på att det kunde göras relativt billigt.
Prototypcell: Denna lilla solcell har ett halvledarmaterial designat för att absorbera mer av solspektrumet.
Flera forskargrupper utvecklar halvledarmaterial som utnyttjar mer av energin i solljus, baserat på en idé som går tillbaka till 1960 för att förändra hur halvledarmaterial i solceller interagerar med ljus. Men materialen som används i den forskningen tenderar att vara mycket svåra att tillverka.
Mycket arbete återstår innan Lawrence Berkeleys labbmaterial kunde användas i en praktisk solcell, men i teorin skulle det kunna omvandla nästan hälften av energin i solljus till elektricitet - tre gånger så mycket som de flesta solceller i ett lager (eller en korsning). celler. En sådan solcell skulle också kunna kosta mindre än de skiktade (eller multi-junction) solceller som för närvarande behövs för att uppnå hög verkningsgrad, eftersom den bara skulle kräva ett halvledarmaterial.
I ett konventionellt halvledarmaterial krävs det en viss mängd energi för att frigöra en elektron och generera elektricitet. Fotoner som har mindre energi – till exempel fotoner i infrarött ljus – genererar inte elektricitet. Och om en foton har mer än minimum - till exempel en foton i energiskt ultraviolett ljus - slösas den extra energin bort som värme.
Det nya halvledarmaterialet är baserat på galliumarsenid. Normalt kräver detta material högenergifotoner för att generera elektricitet. Men forskarna modifierade det så att energin från mer än en foton används för att frigöra en elektron – energi adderas tills en elektron frigörs. Att ersätta några av arsenikatomerna i materialet med kväveatomer skapar regioner som fungerar som språngbrädor för elektroner som har absorberat lite energi från lågenergifotoner, där de kan vänta på att få energi från fler fotoner, säger Wladek Walukiewicz , som leder Solar Energy Materials Research Group vid Lawrence Berkeley-labbet och även ledde projektet.
Det nya materialet omvandlar högenergifotoner till elektricitet utan att slösa bort sin energi som värme, och omvandlar även lågenergifotoner till elektricitet - fotoner som vanligtvis inte skulle absorberas av materialet.
En liknande effekt uppnås i kommersiella solceller med flera korsningar, som tillverkas genom att i huvudsak stapla tre solceller ovanpå varandra, var och en optimerad för en annan ljusfärg. Men att kombinera dessa tre solceller är dyrt och komplicerat, eftersom varje lager måste vara nära anpassat till de andra lagren.
Prototypen av solcellen är fortfarande relativt ineffektiv. En del av problemet är att många av elektronerna som har absorberat en del energi från lågenergifotoner inte håller kvar den energin tillräckligt länge för att absorbera energi från en annan foton. Dessa elektroner gör det aldrig ur material, och energin går förlorad som värme. Forskarna arbetar med två företag, Rose Street Labs Energy och Sumika Electronic Materials, för att lösa detta problem. Ett alternativ är till exempel att dopa materialet med fosforatomer för att ändra deras elektriska egenskaper.
Det kommer att vara utmanande, säger Andrew Norman, en forskare vid Nationellt laboratorium för förnybar energi . Norman har också arbetat med den här typen av solceller, även om en gjord av väldigt olika material. Norman säger att det nya arbetet är intressant, särskilt på grund av de höga spänningsnivåer som cellen producerar, men han konstaterar att det har visat sig svårt att kommersialisera den här typen av celler. Man måste undra varför ingen på 50 år varit framgångsrik, säger han.