Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Контакты
      • Разместить статью
Изображение процесса деления синглетных экситонов, который позволяет получить два электрона от одного входящего фотона света. Изображение предоставлено исследователями MIT и Princeton University
Изображение процесса деления синглетных экситонов, который позволяет получить два электрона от одного входящего фотона света. Изображение предоставлено исследователями MIT и Princeton University

Новый тип солнечных элементов с увеличенным предельным КПД

Новости, обзоры, события

Опубликовано: 30.07.2020

Обновлено: 31.07.2020

 711

Толщина слоя составляет всего несколько атомов, или всего 8 ангстрем (десять миллиардных долей метра), и он действует как «мост» для возбужденных состояний. Это позволяет одиночным фотонам с высокой энергией вызывать высвобождение двух электронов внутри кремниевой ячейки

В любом обычном солнечном элементе на основе кремния существует абсолютный предел общей эффективности, частично основанный на том факте, что каждый фотон света может выбить только один электрон, даже если этот фотон нес в два раза больше необходимой для этого энергии.

Однако исследователи нашли способ использования высокоэнергетических фотонов, атакующих кремний, с помощью которых можно получить два электрона вместо одного. Это открывает дверь для создания солнечных элементов нового типа, имеющих большую эффективность, чем считалось возможным получить ранее.

В то время как обычные кремниевые солнечные элементы имеют абсолютный теоретический максимальный КПД преобразования солнечной энергии, равный примерно 29,1 процента, новый метод, разработка которого проводилась в течение последних нескольких лет, поможет выйти за этот предел, добавив несколько процентных пунктов к теоретическому максимуму.

Ключом к разделению энергии одного фотона, воздействующей на два электрона, является класс материалов, обладающий «возбужденными состояниями», называемыми экситонами. «Их можно использовать для изменения энергии: делить ее пополам или объединять».

Исследователи наблюдали процесс, называемый делением синглетных экситонов, в результате которого энергия света разделялась на два отдельных, независимо движущихся друг от друга пучка энергии. Материал сначала поглощал фотон, образуя экситон, который быстро принимал два возбужденных состояния, каждое из которых обладало половиной исходной энергии.

Но далее предстояла сложная задача связать эту энергию с кремнием, материалом, который не является экситонным. Эту связь никогда ранее получить не удавалось.

В качестве промежуточного шага исследователи попытались связать энергию из экситонного слоя с материалом, называемым квантовыми точками. «Это все еще экситоны, но неорганические». «Это сработало». Поняв механизм передачи энергии, стало понятно, «что кремний будет работать».

Ключ находился в тонком промежуточном слое. «Оказывается, эта крошечная полоска материала на границе раздела между двумя системами (кремниевый солнечный элемент и тетраценовый слой с его экситонными свойствами) в конечном итоге стала определяющей. Вот почему другие исследователи не смогли добиться работоспособности процесса».

Толщина слоя составляет всего несколько атомов, или всего 8 ангстрем (десять миллиардных долей метра), и он действует как «мост» для возбужденных состояний. Это позволяет одиночным фотонам с высокой энергией вызывать высвобождение двух электронов внутри кремниевой ячейки.

Это приводит к удвоению количества энергии, производимой солнечным светом в сине-зеленой части спектра. В целом, это может привести к увеличению мощности, производимой солнечным элементом, - от теоретического максимума в 29,1 процента до 35 процентов.

С этой технологией кремниевые ячейки могут быть тоньше, чем сейчас. Однако необходимо проделать работу по приданию материалам прочности. Ожидается, что до коммерциализации технологии потребуется несколько лет.

Другие подходы по повышению эффективности солнечных элементов, как правило, включают добавление другого их типа, таких как слой перовскита, поверх кремния. «Это попытки разместить одну ячейку поверх другой. Однако исследователи предлагают другой путь: как бы подзаряжать кремниевую батарею, добавляя в него больше тока, а не делая две ячейки вместо одной».

Исследователи увидели еще одно особое свойство экситонного материала - оксинитрида гафния, которое помогает ему передавать экситонную энергию. «Известно, что оксинитрид гафния генерирует дополнительный заряд на границе раздела, что снижает энергопотери в процессе, называемом пассивацией электрического поля. Если удастся лучше контролировать это явление, эффективность солнечной ячейки может возрасти еще выше».

Связанная статья журнала Nature: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4

 

Источник: SciTechDaily

0.00%
0 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Фото предоставлено: Университет Квинсленда

Новый прорыв в солнечных элементах с квантовыми точками

Обновлено: 19.09.2020
 1000
Производство лопастей для ветроэлектрических установок на заводе Nordex. Фото: Nordex

Межотраслевая кооперация в переработке лопастей ветряных турбин

Обновлено: 16.05.2022
 870
Гибридная пассивная система для радиационного охлаждения и солнечного обогрева без электричества. Предоставлено: University at Buffalo

Устройство пассивного отопления и охлаждения без электричества

Обновлено: 10.02.2021
 562

Комментарии ()

    Написать комментарий

    Недавние публикации

    Звуковые эффекты в зданиях напрямую зависят от материалов, из которых сделаны потолки, стены, двери и другие ограждающие конструкции. Фото: Rockfon

    Звукопоглощение, звукоизоляция и фоновый шум в зданиях

    Обновлено: 26.07.2022  636
    Тепло выделяется из оксида марганца, когда молекулы воды поглощаются слоистой структурой. Ⓒ Norihiko L. Okamoto

    Вода усиливает способность материала поглощать и отдавать тепло

    Обновлено: 21.04.2022  640
    Струи пламени нагревают теплообменник в печи с принудительной подачей разогретого воздуха в систему отопления. Service Champions

    Отопительные печи с принудительной подачей воздуха в помещение

    Обновлено: 07.05.2022  606

    Популярные категории

    • Природные ресурсы, экология и строительство91
    • Водоснабжение и водоотведение23
    • Вентиляция и кондиционирование28
    • Новости, обзоры, события113
    • Ядерная энергетика6

    Разместить статью

    Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

    Ссылки:

    • Контакты
    • Разместить статью
    • Конфиденциальность
    VK Telegram

    © 2023 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

    Отправить сообщение об ошибке?

    Ошибка:
    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.