Aurinkokennotekniikoiden ennätysjahtia

US Naval Research Laboratoryn tutkijat yhdessä Imperial College Londonin ja MicroLink Devicesin kanssa tehty tutkimus on tuottanut uusia, realistisesti saavutettavissa olevia, usean rajapinnan aurinkokennojen rakennemahdollisuuksia.

Niillä on mahdollisuus rikkoa 50 prosentin hyötysuhteen rajapyykki keskitetyllä valaistuksella. Tällä hetkellä ennätys kolmen rajapinnan ja keskitetyn valon aurinkokennolla on 44 prosenttia.

Usean rajapinnan aurinkokennoissa jokainen liitosrajapinta on viritetty auringon spektrin eri aallonpituuskaistoille. Teoriassa äärettömän määrän rajapintakennoilla voisi saada muuntamisen hyötysuhteeksi lähes 87 prosenttia.

Haasteena on kehittää puolijohdejärjestelmä, jolla voidaan saavuttaa laaja valikoima kaistaeroja ja kasvattaa se hiloiltaan sovitetuiksi. NRL:n tutkimusryhmä on suunnitellut rakenteen, joka voi saavuttaa 0,7 - 1,8 elektronivoltin suoria kaistaeroja materiaaleissa, jotka ovat hiloiltaan sovitettuja indiumfosfidi (InP) alustalle.

 

University of Connecticutissa kehitetty valmistustekniikka voisi puolestaan tuottaa läpimurron auringon sähkömagneettisesta säteilyä hyödyntävälle aurinkokennotekniikalle.

Kyseinen tekniikka perustuu nanokokoisiin antenneihin, jotka kykenevät teoriassa keräämään yli 70 prosenttia auringon sähkömagneettisesta säteilystä ja samalla muuntamaan sen tasasähköiseksi.

Tällaiset nanoantennit tunnetaan nimellä "rectennas" ja ne absorboivat aurinkoenergiaa ja tasasuuntaavat vaihtovirran tasavirraksi. Niiden on kuitenkin toimittava näkyvän valon nopeudella joten diodin elektrodit ovat vain 1 tai 2 nanometrin etäsyydellä toisistaan.

Läpimurron mahdollisuus piilee professori Brian Willisin kehittämässä selektiivisen atomikerroskasvatuksen (ALD) tavassa, jonka hän kehitti ja patentoi vuonna 2011.

Tekniikalla voi luoda tunnelidiodeja joiden elektrodit ovat vain 1,5 nanometrin päässä toisistaan. Näin pienellä ja nopealla tunnelidiodilla pystyy muuntamaan auringon infrapuna-alueen sähkömagneettista säteilyä tasavirraksi.

Tasasuuntaja-antennit eivät ole riippuvaisia kaistaerosta ja ne voidaan virittää keräämään valoa koko auringon spektristä. Menetelmää voidaan soveltaa myös muilla kuten termosähkön, infrapuna-antureiden, kuvankäsittelyn ja kemiallisten antureiden alueilla.