211service.com
Heta elektroner kan fördubbla solenergi
I decennier har forskare undersökt ett teoretiskt sätt att fördubbla effekten av solceller – genom att använda så kallade heta elektroner. Nu har forskare vid Boston College gett nya experimentella bevis för att teorin kommer att fungera. De byggde solceller som får en kraftökning från högenergifotoner. Denna ökning, säger forskarna, är resultatet av att extrahera heta elektroner.
Varm solenergi: Denna solcell är gjord av tunna lager av amorft kisel med aluminiumprickar som fungerar som elektriska bakre kontakter. Det ger bevis på att det kan vara möjligt att fördubbla produktionen av solceller.
Resultaten är ett steg mot solceller som bryter konventionella effektivitetsgränser. På grund av hur vanliga solceller fungerar kan de i teorin omvandla som mest cirka 35 procent av energin i solljus till elektricitet, och slösa resten som värme. Att använda heta elektroner kan resultera i effektivitetsvinster så höga som 67 procent, säger Matthew Beard , en senior forskare vid National Renewable Energy Laboratory i Golden, CO, som inte var involverad i det aktuella arbetet. En fördubbling av effektiviteten hos solceller kan halvera kostnaden för solenergi.
Konventionella solceller kan bara effektivt omvandla energin från vissa våglängder av ljus till elektricitet. Till exempel, när en solcell optimerad för röda våglängder av ljus absorberar fotoner av rött ljus, producerar den elektroner med energinivåer som liknar de inkommande fotonernas. När cellen absorberar en blå foton med högre energi, producerar den först en elektron med liknande hög energi - en het elektron. Men detta förlorar mycket av sin energi mycket snabbt som värme innan det kan fly cellen för att producera elektricitet. (Omvänt, celler optimerade för blått ljus omvandlar inte rött ljus till elektricitet, så de offrar energin i denna del av spektrumet.)
Boston College-forskarna gjorde ultratunna solceller bara 15 nanometer tjocka. Eftersom cellerna var så tunna kunde de heta elektronerna dras ut ur cellen snabbt innan de svalnade. Forskarna fann att spänningen från cellerna ökade när de belyste dem med blått ljus snarare än rött. Nu får vi ut elektronerna från det blå ljuset innan de förlorar all sin överskottsenergi, säger vi Michael Naughton , professor i fysik vid Boston College.
Problemet är att eftersom de är så tunna låter solcellerna det mesta av det inkommande ljuset passera genom dem. Som ett resultat omvandlar de endast 3 procent av energin i inkommande ljus till elektricitet. Jag tycker att det är lovande, säger Beard. Men han tillägger att de än så länge bara visar en ganska liten effekt.
Naughton säger att hans team planerar att ta itu med detta problem med hjälp av nanotrådar. Grundidén, som lagts fram av många olika forskare nu, är att göra skogar av nanotrådar som kommer att absorbera ljus längs deras längder. Och eftersom varje nanotråd är tunn kommer elektronerna inte att behöva resa långt för att fly till ett ledande lager på dess yta. Detta skulle kunna göra det möjligt att replikera den heta elektroneffekten som ses i de tunna solcellerna. Naughton och kollegor kommersialiserar sådana nanotrådar via en startup som heter Solasta , baserat i Newton, MA, som finansieras av det respekterade riskkapitalföretaget Kleiner Perkins Caufield & Byers .
Forskarna hoppas också kunna öka antalet heta elektroner som de samlar in från det absorberade ljuset. För att göra detta vänder de sig till ett tillvägagångssätt Martin Green , en professor vid University of New South Wales i Australien och en ledare i att använda heta elektroner i solceller. Den här metoden innefattar ett lager av kvantprickar, som fungerar som ett slags filter, som selektivt extraherar elektroner med högre spänning än normalt, säger Beard. Naughton säger att Solasta redan har visat att det är möjligt att införliva sådana kvantprickar i företagets nanotrådar.