211service.com
Hur ljusfångande ytor ökar solcellseffektiviteten
Att förbättra effektiviteten hos fotovoltaiska celler är en av de stora utmaningarna för vetenskapen om förnybar energi. I labbet kan de bästa cellerna omvandla nästan hälften av solljuset som träffar dem till elektricitet (44 procent) även om kommersiella celler för siffran är mindre än hälften.
Ett sätt att förbättra saken är att minimera mängden ljus som reflekteras från cellen eller sänds genom den, eftersom denna energi helt klart går förlorad. Det konventionella tillvägagångssättet är att använda en antireflexbeläggning som kan optimeras för att minimera reflektioner, särskilt vid cellens optimala frekvenser.
Men det finns ett problem. Även om dessa beläggningar är bra på att förhindra reflektioner, kan de inte stoppa ljus som sänds ut. Och för nästa generation av tunnfilmssolceller är detta ett särskilt problem. I vissa fall passerar nästan hälften av ljuset rakt igenom.
Så den senaste forskningen är fokuserad på ett annat tillvägagångssätt – att fånga inkommande ljus och fånga det mot ytan. Detta förhindrar både reflektion och överföring och har därmed potentialen att avsevärt öka effektiviteten hos tunnfilmssolceller. Frågan är förstås hur man bäst gör detta på ett sätt som är kommersiellt gångbart.
Idag avslöjar Constantin Simovski vid Aalto-universitetet i Finland och några kompisar sin design för en ny ljusfångande struktur. Deras idé är att täcka en cell med en vanlig uppsättning silvernanoantenner som omvandlar vanliga inkommande vågor till mer exotiska vågor som fortplantar sig genom själva solcellsplattan.
Arbetet är en teoretisk studie och simulering av hur bra dessa nanoantenner kan vara och slutsatserna är lovande. Vi visar att [nanoantennuppsättningen kan] öka den totala spektrala effektiviteten av solceller avsevärt med en mycket liten tjocklek. de säger.
Simuleringarna ger några intressanta siffror. Simovski och co beräknar att en vanlig antireflexbeläggning försvinner till cirka 7 procent av ljuset på grund av reflektion medan 46 procent går förlorad vid transmission.
Däremot förlorar deras ljusfångande yta 20 procent till reflektion men bara 8 procent till transmission. Den extra ytan själv absorberar ytterligare 6 procent. Det är betydligt bättre men det finns också den viktiga frågan om tillverkningskostnader.
Simovski och co säger att nya tillverkningstekniker för att skriva ut en nanoantennuppsättning på en tunn film innebär att det kan göras till låg kostnad. Om detta kan göras i den skala som krävs till ett pris som är kostnadseffektivt återstår att se.
Ändå ser ljusfångande ytor ut som ett lovande sätt att öka effektiviteten hos tunnfilmssolceller – förutsatt att någon kan komma på hur man gör dem tillräckligt billigt.
Ref: arxiv.org/abs/1301.3290 : Förbättrad effektivitet av ljusfångande nanoantennmatriser för tunnfilmssolceller