Aurinkokenno joka toimii kuutamolla ledin tavoin

Vaikka perovskiittiset aurinkokennot ja ledit jakavat saman pohjamateriaalin, niitä on kuitenkin pitkälti kehitetty erillisinä teknologioina, koska kummankin laitteen fyysiset vaatimukset ovat vastakkaisiin suuntiin.

Coloradon Boulder yliopiston yliopiston Michael McGeheen ja Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston Jixian Xun johtaman ryhmän tutkimus osoittaa nyt, että tämä ristiriita voidaan ratkaista ja että sen ratkaiseminen parantaa molempia laitteita.

Perovskiittiledien ja aurinkokennojen välinen jännite riippuu paksuudesta. Tehokas ledi tarvitsee erittäin ohuen, epäjatkuvan perovskiittikerroksen, koska ohuet, hieman epätasaiset kalvot sirottavat valoa luonnostaan ulospäin.

Aurinkokenno sitä vastoin tarvitsee noin kuusitoista kertaa paksumman kerroksen absorboidakseen riittävästi tulevaa auringonvaloa ja muuntaakseen sen tehokkaasti sähköksi.

Tähän liittyy vielä yksi monimutkaisuus. Jopa hyvin tehdyssä perovskiittiledissä suuri osa sisällä tuotetusta valosta ei koskaan pääse ulos vaan jää sisälle pomppimaan kunnes muuttuu lämmöksi.

Näiden häviöiden vähentäminen edellyttää sekä loukkuun jääneille fotoneille paremman reitin tarjoamista ulos mutta myös aurinkokennoissa aurinkokennojen absorboivien virheiden paikkaamista.

Työssään tutkija kehittivät materiaaliin liittyvän valonhallinnan arkkitehtuurin, joka perustuu sähköstaattisesti yhteen koottuihin, huokoisiin, mikrometrin kokoisiin alumiinioksidisaarekkeisiin (e-Al2O3 ) .

Tämä rakenne samanaikaisesti vähentää rajapintarekombinaatiota, parantaa säteilytehokkuutta ja parantaa valon uuttamista ja irtikytkentää. Vähentämällä rekombinaationopeutta ja lisäämällä fotonien pakenemistodennäköisyyttä rakenne mahdollistaa tehokkaan fotonien kierrätyksen ja ulkoisen emission samalla, kun se säilyttää paksun perovskiitti-absorboijan, joka soveltuu aurinkoenergian muuntamiseen.

Kirjoittajat huomauttavat, että tämä yli 26 %:n aurinkokennojen hyötysuhteen ja yli 30 %:n LED-hyötysuhteen yhdistelmä yhdessä polykiteisessä laitteessa on kaikkien aurinkosähkömateriaalien osalta vasta toinen kerta, kun tämä on osoitettu. Ensimmäinen oli yksikiteinen galliumarsenidi, materiaali, joka on huomattavasti kalliimpi ja vaikeampi valmistaa mittakaavassa.

Laiterakenteen, joka muuntaa auringonvalon tehokkaasti sähköksi ja emittoi valoa tehokkaasti, käytännön merkitys ei ole pelkästään teoreettinen. Näytöt, jotka keräävät ympäristön valoa akun käyttöiän pidentämiseksi, tai valaistusjärjestelmät, jotka ottavat energiaa talteen, kun niitä ei aktiivisesti käytetä, tulevat uskottavammiksi, kun sama rakennearkkitehtuuri palvelee molempia toimintoja ilman merkityksellisiä kompromisseja kummassakaan.

Pohjimmiltaan työ osoittaa, että emissiivisten ja aurinkosähkölaitteiden suunnittelun pitkäaikainen ero ei ole fyysinen väistämättömyys, vaan tekninen ongelma, johon optisten ja elektronisten ominaisuuksien huolellinen yhteisoptimointi voi ratkaista.

Aiheesta aiemmin:

Pullotetaan aurinkoa nestemäiseen akkuun

Akkuna ja aurinkokennona

Päivälläaurinkokenno ja yöllä valopaneeli