Новый метод повысит эффективность солнечных батарей с 33% до 43%

Специалисты барселонского Института фотонных наук (ICFO) создали и протестировали инновационную методику минимизации энергетических потерь в солнечных батареях. Ключевая идея заключается в жестком контроле траектории фотонов, покидающих устройство. По предварительным расчетам, подобное технологическое решение способно поднять теоретический максимум КПД стандартных однопереходных батарей с 33,16% до впечатляющих 43%.

Любой фотоэлемент не только поглощает лучи, но и сам выступает источником излучения. Поскольку Солнце охватывает лишь небольшой сектор небосвода, внешний свет падает на поверхность под довольно узким углом. Однако рождающиеся внутри фотоны стремятся рассеяться во всех возможных направлениях, что влечет за собой существенные потери ценной энергии.

Физики предложили искусственно сузить пространственный диапазон, сквозь который световые частицы могут выходить наружу. Для проверки своей гипотезы они модифицировали архитектуру органического фотоэлемента, добившись превосходного контроля над распространением излучения.

Инженеры задействовали серебряные контактные группы в комплексе с дополнительными буферными слоями. Эта конфигурация эффективно отражает те фотоны, которые норовят вырваться под критическими углами, перенаправляя их по более узким коридорам. При этом процесс беспрепятственного проникновения внешнего света внутрь для генерации тока остается абсолютно неизменным.

Практические испытания полностью подтвердили состоятельность концепции: потери энергии действительно сократились. Примечательно, что предложенный метод не требует радикальной перестройки технологических линий в сравнении с другими способами модернизации солнечных панелей.

На сегодняшний день предел Шокли — Квайссера ограничивает КПД классических однопереходных элементов планкой в 33,16%. Математическое моделирование показывает, что радикальное сужение угла выхода излучения позволит в перспективе вплотную подойти к рубежу в 43%.

Стоит уточнить, что готовый образец с сорокатрехпроцентным КПД в рамках данного этапа работы не собирался — авторы ставили перед собой задачу экспериментально подтвердить жизнеспособность самого физического принципа. По мнению разработчиков, эту технологию можно будет масштабировать не только на органику, но и на иные типы фотоэлектрических систем. В случае успешной адаптации под нужды индустрии это позволит существенно нарастить выработку электричества без увеличения площади самих панелей.

Источник: iXBT