Puolipallon muoto aurinkokennoon

Aurinkokennojen energian muunnostehokkuuden parantamiseksi on tehty useita ponnisteluja. Valon kytkennän ja valonpidätyksen parantaminen aktiivisissa aurinkosähkökerroksissa on ollut yksi tärkeimmistä tutkimussuunnista.

Nämä valonhallintamenetelmät ovat erityisen tärkeitä orgaanisissa aurinkokennoissa, joissa on hyvin tunnettu pituusdilemma, eli konflikti tehokkaan fotoniabsorption ja varauksenkuljettajien keräämisen välillä.

Tähän mennessä on tutkittu useita erilaisialähestymistapoja valon kytkemisen/säilyttämisen ja kulmapeiton parantamiseksi aurinkokennoissa. Näihin yrityksiin kuuluvat pinnan nanoteksturointi, upotetut valonsirottimet, paikallisten pintaplasmonien virittäminen, heijastuksenestopinnoitus nanorakenteilla, ja niin edelleen.

On myös tehty töitä, joissa aurinkosähköisiä aktiivisia kerroksia on tehty tietyillä muodoilla valon kytkennän ja säilymisen parantamiseksi.

Turkkilaisen Abdullah Gül -yliopiston aiemmissa tutkimusraporteissa esiteltiin aurinkokennorakenteita, jotka perustuvat kaareviin orgaanisiin aktiivisiin kerroksiin. Näitä rakenteita ehdotettiin, jotta valmistusprosessit olisivat mahdollisimman yksinkertaisia ja koska rakenteet tehtäisiin jatkuvista kerroksista, ne voivat olla kestävämpiä kuin paikallisia komponentteja hyödyntävä ratkaisut.

Nyt heidän uusimmassa työssä etsitään aktiivisille kerroksille uutta muotoa, eli puolipallon muotoista kuorta. Jo edellinen työ osoitti, että pyöreä muoto kahdessa ulottuvuudessa (2D) tuo etuja absorptiossa ja kulmapeitossa suorakaiteen muotoiseen tasaiseen muotoon verrattuna.

Luonnollisesti oletetaan, että pyöreän muodon täydentäminen kaikkiin suuntiin, eli puolipallon muotoiseksi tekeminen olisi absorptiokyvyn kannalta edullisempaa.

Tutkimus tuokin esiin, että ehdotettu rakenne voi parantaa absorptioparannuksia 66 % ja 36 % tasarakenteiseen verrattuna, kun tuleva valo on poikittaista sähköistä (TE) ja poikittaista magneettista (TM) -polarisoitua. Havaittiin myös, että ehdotetulla puolipallon muotoisella kuorirakenteella on jopa 13 % (TE) ja 21 % (TM) absorptioparannus verrattuna aiemmin raportoituun puolisylinterimäiseen pintarakenteeseen.

Myös ehdotetun rakenteen kulmapeitto on parantunut saavuttaen yli 80 astetta, mikä tulee varsin hyödylliseksi puettavan elektroniikan sovelluksissa, joissa tulokulma voi vaihdella satunnaisesti.

Saavutetu parannukset johtuvat paremmasta valokytkennästä ja ohjauksesta aktiivisen kerroksen läpi, mikä on mahdollista laitteen puolipallon muotoisen kuoren muodon ansiosta.

Tutkijoiden mukaan uudenlaiset aktiiviset kerrokset ovat hyödyllisiä orgaanisten aurinkokennojen eri sovellusalueilla, kuten biolääketieteellisissä laitteissa, puoliläpinäkyvissä sovelluksissa, mukaan lukien tehon generointi ikkunoissa ja kasvihuoneissa sekä sisätilojen sovellukset, mukaan lukien esineiden internet ja niin edelleen.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttipisteisiä aurinkosähkökennoja

Akkuna ja aurinkokennona