Слънчевите клетки са пред скок в ефективността

Изследователи от Института по фотонни науки (ICFO) в Барселона разработиха и изпитаха метод за намаляване на енергийните загуби в слънчевите клетки. За целта те предлагат да се контролира посоката, в която фотоните напускат клетката. Изчисленията показват, че този подход би могъл в крайна сметка да повиши теоретичната граница на ефективност на стандартните слънчеви клетки с един преход (single-junction) от 33,16% на близо 43%.

Слънчевите клетки не само абсорбират слънчевата светлина, но и самите те излъчват фотони. Слънчевата светлина обаче пада върху повърхността на клетката от сравнително тесен диапазон от посоки, тъй като Слънцето заема малка част от небето. За разлика от това, фотоните вътре в клетката могат да излязат в почти всяка посока, което води до загуба на енергия.

Учените предлагат да се ограничи посоката, в която фотоните могат да напуснат слънчевата клетка. За да проверят тази концепция, те използват органична слънчева клетка и модифицират конструкцията ѝ, за да контролират по-добре разпространението на светлината, отбелязва Interesting Engineering в статия за изследването.

Конструкцията включва сребърни електроди и няколко допълнителни слоя. Те отразяват фотоните, опитващи се да излязат под големи ъгли, като ги принуждават да се движат в по-тесен диапазон от посоки. Същевременно слънчевата светлина все още може да навлезе в клетката и да се използва за генериране на електроенергия.

Експериментът показва, че този подход ефективно намалява енергийните загуби. Освен това технологията не изисква съществено увеличаване на сложността на производството в сравнение с други методи за повишаване на ефективността на слънчевите клетки.

Понастоящем теоретичната граница на ефективност за стандартна слънчева клетка с един преход – известна като граница на Шокли-Куайсър (Shockley-Queisser limit) – е приблизително 33,16%. Изчисленията на учените показват, че чрез подходящо ограничаване на посоката на излъчване тази стойност теоретично би могла да достигне близо 43%.

В рамките на проучването обаче не е произведена реална слънчева клетка с ефективност 43%; учените единствено са потвърдили принципа за намаляване на загубите. 

Изследователите смятат, че предложеният принцип може да се приложи не само при органичните слънчеви клетки, но и при други фотоволтаични технологии. Ако методът бъде адаптиран за масово производство, слънчевите панели ще могат да генерират повече електроенергия от същата площ.