Фото: pixabay.com
Команда физиков и инженеров-новаторов из Датского технического университета (DTU) представила новаторское решение в области технологии солнечных батарей. Их последнее исследование, опубликованное в престижном журнале PRX Energy, предвещает возможность создания функционального тандема из селена и кремния, который потенциально может повысить эффективность солнечных батарей до 40%.
С момента своего появления солнечные батареи изменили систему производства электроэнергии, значительно снизив зависимость от ископаемого топлива и сократив выбросы парниковых газов, ответственных за изменение климата. Несмотря на их огромный вклад, солнечные элементы сталкиваются с ограничениями, улавливая лишь около 27% получаемой ими солнечной энергии — цифра, близкая к теоретическому порогу для такой технологии.
Предыдущие исследования намекали на решение, позволяющее обойти присущую солнечным элементам на основе кремния неэффективность путем включения дополнительных слоев материалов, способных расширить спектр поглощаемого солнечного света.
В своем стремлении к инновациям датская исследовательская группа обратилась к селену, полупроводниковому веществу, которое ранее использовалось в производстве солнечных элементов до появления кремния. Их выбор был обусловлен отличительными свойствами селена поглощать фотоны и широкой запрещенной зоной, что делает его идеальным кандидатом для создания солнечных элементов из двух материалов.
Прорыв новой технологии заключается в создании тандемного элемента — тщательно продуманной “сэндвич-структуры”, состоящей из стандартной кремниевой основы, покрытой оксидными слоями и тонкой пленкой селена. Эксперименты, проведенные при солнечном свете, показали способность тандемного элемента генерировать электрическую энергию напряжением 1,68 вольт с эффективностью преобразования 2,7%.
Архитектура устройства трехполюсного монолитного тандемного солнечного элемента из селена и кремния / Фото: PRX Energy (2024 г.)
Исследователи с осторожным оптимизмом оценивают потенциал своего тандемного элемента, подчеркивая, что незначительное повышение сопротивления может увеличить его эффективность в десять раз, тем самым снизив потери напряжения. Вместе с тем, их расчеты показывают, что в будущем коэффициент полезного действия достигнет впечатляющих 40%.
Это замечательное достижение обещает вывести технологии солнечной энергетики в новую эру эффективности. В то время как мировое сообщество сталкивается с настоятельной необходимостью перехода на возобновляемые источники энергии, прорыв датской исследовательской группы дает надежду на более чистое и экологичное будущее, основанное на солнечной энергии.