Повышение мощности солнечных элементов за счет их оптических свойств

Светозахватывающие структуры солнечных элементов в виде шахматной доски улучшает дифракцию, повышающую поглощение света, используемого для производства электричества. Например, фактическое усиление поглощения солнечного света лепестками роз и крыльями тропической бабочки происходит из-за рефракционных и дифракционных эффектов соответственно

Обнаружено, что, расположение солнечных элементов в шахматном порядке увеличивает их способность к светопоглощению и производству электричества на 125 процентов. Это может привести к производству более тонких, легких и гибких солнечных панелей, которые можно использовать для питания гораздо большего количества домов и других объектов.

В исследовании, проведенном учеными из Йоркского университета в сотрудничестве с Лиссабонским университетом NOVA (CENIMAT-i3N), представлены различные конструкции поверхностей солнечных элементов, из которых состоят солнечные панели, и показано, как они влияют на поглощение солнечного света фотоэлектрическим материалом.

Широкополосное поглощение солнечного света является ключевым элементом в технологиях повышения эффективности солнечных элементов, поэтому нанофотонные структуры относятся к перспективным методом достижения их необходимых параметров. Например, определенная текстура поверхности позволяет уменьшить поверхностные и улучшить внутренние отражения, а также длину оптического пути в активном материале.

С недавнего времени акцент исследований сместился с фактической текстуры на ее картину рассеяния и дифракции. Например, фактическое усиление поглощения солнечного света лепестками роз и крыльями тропической бабочки происходит из-за рефракционных и дифракционных эффектов соответственно. Некоторые исследования пытаются связать превосходство структуры со сниженной симметрией ее дифракционной картины, однако другие воздерживаются от выводов, основанных только на теории групп симметрии.

Сектор возобновляемых источников энергии постоянно ищет новые способы увеличения поглощения света солнечными элементами из легких материалов, которые можно использовать в различной продукции повседневного спроса, от черепицы до лодочных парусов и туристического снаряжения.

«Предложенная конструкция предоставляет возможности для дальнейшей интеграции солнечных элементов в более тонкие и гибкие материалы».

Новые принципы конструирования могут повлиять не только на сектор производства солнечных элементов или светодиодов, но и на такие области, как шумовые акустические экраны, ветрозащитные панели, противоскользящие поверхности, атомное охлаждение.

«Можно производить в десять раз больше солнечной энергии с тем же количеством абсорбирующего материала: в десять раз более тонкие солнечные элементы могли бы обеспечить быстрое распространение фотоэлектрических элементов, увеличив производство солнечной электроэнергии».

«Фактически, поскольку рафинирование кремниевого сырья является таким энергоемким процессом, в десять раз более тонкие кремниевые солнечные элементы не только сократят потребность в нефтеперерабатывающих заводах, но и будут стоить дешевле».

Связанная статья журнала Optica:

https://doi.org/10.1364/OPTICA.394885

Источник: University of York