Ennätystehokkuus ohuille piiaurinkokennoille

Ohut piikalvo absorboi 65 % auringonvalosta.

Piiaurinkokennot ovat osoittautuneet huippuluokan aurinkosähköteknologiaksi mutta ne ovat paksuja ja jäykkiä ja siksi niitä voidaan asentaa vain rajoitettuun määrään paikkoja.

Piistä voidaan valmistaa myös ohuita kennoja mutta ohuet Si-kalvot eivät pysty absorboimaan valoa yhtä tehokkaasti. Itse asiassa vain 25 % auringonvalosta imeytyy ja voit jopa nähdä niiden läpi.

Tutkimusinstituutti AMOLFin, Surreyn yliopiston ja Imperial Collegen tutkijat ovat löytäneet tavan tehdä ohuista aurinkokennoista läpinäkymättömiä ja siten parantaa niiden tehokkuutta käyttämällä uutta rationaalisesti suunniteltua nanorakenteista rakennetta.

Laboratoriossa havaittiin, että teksturoidut ohuet kalvot absorboivat 65 % auringonvalosta, mikä on hyvin lähellä lopullista teoreettista absorptiorajaa, ~70 %.

Kuvioitu nanorakenne ohjaa harkitusti suoran auringonvalon useisiin kulmiin ja vangitsee valon Si-kalvon sisään. Kun valo jää loukkuun, sillä on enemmän mahdollisuuksia absorboitua ja kalvon paksuus ”kasvaa” valolle tehokkaaksi.

Vaikka kalvoon kehitetyt jakaumat ja kuviot näyttävät täysin satunnaisilta, on niillä tietty järjestys. Näissä hyperyhdenmukaisissa malleissa yhdistyvät satunnaisuuden ja järjestyksen parhaat puolet.

Tutkijat ovat osoittaneet, että ei ole olemassa yhtä ainutlaatuista ratkaisua, vaan pikemminkin koko perhe hyperuniformisia kuviomalleja, jotka kaikki tarjoavat suuren suunnittelun joustavuuden tinkimättä optisesta suorituskyvystä. Tämä on erittäin tärkeää toteutuksen kannalta, koska kaikkia nanokuvioita ei voida helposti valmistaa skaalautuvalla tavalla.

Kaksi keskeistä haastetta auringonvalon vangitsemisessa ohuessa Si:ssä ovat auringon spektrin laaja värivalikoima sekä kalvon rajalliset mitat. Fotoniikan näkökulmasta valon ohjauksen ja yhden värin vangitsemisen optimointi on suhteellisen yksinkertaista ja se voidaan tehdä tehokkaasti käyttämällä jaksollisia rakenteita. Auringonvalolla on kuitenkin monia värejä, joista jokaisella on erilainen absorptiovoima Si:ssä, joka vaatii sitten omat ratkaisunsa.

AMOLF-ryhmän johtaja Esther Alarcon Llado sanoo, että "kuviodemme vahvan valonansoituksen suorituskyvyn perusteella arvioimme, että yli 20 prosentin aurinkosähkötehokkuutta voitaisiin saavuttaa 1 μm:n paksuisella c-Si-kennolla, mikä olisi ehdoton läpimurto kohti joustavaa ja kevyttä c-Si aurinkokennoa.

Lisäksi ohuemmat Si-absorberit sietävät paremmin elektronisia vikoja kuin paksut vastineet. Tämä tarkoittaa, että ohuita korkean hyötysuhteen Si-kennoja voitaisiin valmistaa myös heikompilaatuisesta piistä, mikä vähentää raaka Si:n energian tarvetta puhdistaa ja vähentää niiden energian takaisinmaksuaikaa."

"Hyperuniform-kuvioinen ohut PV on erittäin lupaava tekniikka. Vaikka on vielä paljon tehtävää saadakseen tällaiset ohuet korkeatehoiset kennot osaksi elinympäristöämme, tämä työ saa meidät hyvin toiveikkaasti siihen, että tämä tapahtuu pian."

Aiheesta aiemmin:

Aurinkokennoja siemenistä kasvattaen

Dramaattista lisäystä aurinkokennoihin