Создана самая эффективная солнечная батарея за всю историю энергетики
Солнечные батареи постоянно совершенствуются и повышают свою эффективность. Два новых типа солнечных батарей побили два мировых рекорда, включая рекорд по эффективности преобразования солнечного света в электричество.
Одна из разработок принадлежит Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США (NREL). Ученым удалось создать солнечный элемент, работающий с эффективностью 47,1%. Это делает данную батарею самой эффективной за всю историю солнечной энергетики.
Устройство известно как "шестипереходный III-V солнечный элемент". Оно состоит из шести различных типов фотоактивного слоя. Каждый слой состоит из различных полупроводниковых материалов, относящихся к группе III-V. Такие материалы собирают энергию из разных частей солнечного спектра. Всего в солнечной ячейке насчитывается около 140 слоев, но при этом толщина всего элемента меньше человеческого волоса.
Для справедливости важно отметить, что рекордный показатель в 47,1% был достигнут не под чистыми лучами солнца, а под сфокусированным светом, примерно в 143 раза интенсивнее естественного. В обычных уличных условиях эффективность ячейки будет ниже. Но ученые утверждают, что батареи такого типа можно будет комплектовать фокусирующими линзами или конструкцией вроде зеркала Архимеда, фокусирующей лучи на элементе.
Впрочем, даже без фокусировки света новые батареи показывают себя отлично. Под прямыми естественными лучами солнца ячейка выдала эффективность в 39,2%. Для сравнения, обычные кремниевые батареи, доступные сегодня на рынке, имеют КПД не более 23%.
В другом исследовании отличились ученые Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (HZB). Им удалось побить рекорд эффективности в классе тандемных солнечных элементов.
Тандемные солнечные элементы - это элементы с двумя различными типами фотоактивных слоев. В данном случае один слой был сделан из перовскита, а другой представлял собой комбинацию меди, индия, галлия и селена. Этот материал команда называет CIGS.
Сначала ученые нанесли на базовую поверхность слой CIGS толщиной от 3 до 4 микрометров. Затем поверх него разместили перовскитный слой толщиной всего 0,5 микрометра. Оба материала прекрасно сочетаются, потому что перовскит собирает видимый свет, а CIGS нацелен на невидимый инфракрасный. Для улучшения контакта между двумя слоями команда разместила между ними прослойку из рубидия толщиной в один атом.
С помощью этого метода команда достигла пиковой эффективности в 24,16%. Это не такой впечатляющий результат, как у NREL, но все же такая батарея эффективнее традиционной. Также, учитывая, что это первая в своем роде перовскитная тандемная солнечная ячейка, это отличный старт.
Малая толщина технологии означает, что солнечные модули могут создаваться чрезвычайно легкими и гибкими. Это делает их отличными кандидатами на работу в космосе.
Подробная статья о шестипереходном солнечном элементе от команды NREL опубликована в журнале Nature Energy. Статья о тандемном CIGS-элементе от команды HZB опубликована в журнале Joule.
