Ajan käänteistä epäsymmetriaa aurinkokennoille

Perusrajan aurinkosähkölaitteiden maksimaaliselle hyötysuhteelle antavat termodynaamiset ominaisuudet, kuten lämpötila ja entropia.

Toinen yksityiskohtaisempi, Shockley-Queisserin (SQ) raja, tulee Kirchhoffin laista, jonka mukaan absorptio- ja emissiokyvyn tulee olla samat mille tahansa fotonienergialle ja mille tahansa etenemissuunnalle. Tämä on pohjimmiltaan "yksityiskohtaisen tasapainon" periaate, joka on hallinnut aurinkokennojen toimintaa vuosikymmeniä.

Kirchhoffin laki on itse asiassa seuraus niin sanotusta "ajan käänteissymmetriasta". Yksi tapa ohittaa SQ-raja on siksi rikkoa tämä symmetria sallimalla valon levitä vain yhteen suuntaan. Yksinkertaisesti sanottuna SQ-raja voidaan ylittää, jos PV-muunnin absorboi enemmän ja emittoi vähemmän säteilyä.

Tutkimuksessaan Andrei Sergeev Yhdysvaltain armeijan tutkimuslaboratoriosta ja Kimberly Sablon Army Futures Commandista ja Texas A&M -yliopistosta ehdottavat tapaa rikkoa SQ-raja käyttämällä "ei-vastavuoroisia fotonirakenteita", joka voi vähentää merkittävästi PV-muuntimen emissioita vaikuttamatta sen kokonaisvalon absorptioon.

Työssä tutkitaan yksikennoista aurinkosähkörakennetta, joka on integroitu ei-vastavuoroisiin optisiin komponentteihin, jotta saadaan aikaan 100-prosenttinen uudelleenkäyttö saman kennon emissoimasta säteilystä ei-vastavuoroisen fotonin kierrätyksen johtuen.

Tämä on toisin kuin aiemmissa suunnitelmissa, joissa harkittiin PV-muunninta, jossa oli useita moniliitoskennoja, jotka oli järjestetty siten, että yhden kennon emittoima valo absorboitui toiseen.

"Tämän tutkimuksen motiivina oli nopea kehitys ei-vastavuoroisessa optiikassa ja edullisien aurinkosähkömateriaalien kehittäminen korkealla kvanttitehokkuudella", Sergeev mainitsee erityisesti perovskiittimateriaalit ja huomauttaa: "Näiden materiaalien heikko ei-säteilyllinen rekombinaatio mahdollistaisi edistyneen parantamisen PV-muunnos säteilyprosessien hallinnan kautta."

Koska ei-vastavuoroiset fotonirakenteet ovat nousussa, voidaan lähitulevaisuudessa odottaa korkean hyötysuhteen PV-muuntimien kehitystä. Kun kestävien ratkaisujen metsästys maailman energiakriisiin jatkuu, tämä tutkimus antaa paljon toivoa aurinkokennoteknologialle.

Aiheesta aiemmin:

Perovskiittikennojen kääntelyä

Aurinkokennoille kaksi kerrosta on parempi kuin yksi