На пути достижения максимальной эффективности, инженеры постоянно совершенствуют солнечные батареи. Неустанно работая над этой проблемой, они достигают новых вершин и теперь мы становимся свидетелями двух рекордов, побитых созданными двумя разными устройствами, в том числе одно из которых приближает его к заветной отметке наивысшей общей эффективности преобразования солнечной энергии — 50 процентов.
Эти исследования были проведены в Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL), где ученые разработали новый солнечный элемент с эффективностью 47,1 процента. На сегодняшний день это достижение делает его самым эффективным солнечным элементом в мире.
Устройство называется солнечным элементом III-V с шестью контактами и оно состоит из шести различных типов фотоактивного слоя. Каждый из них состоит из различных материалов III-V, названных в честь их позиций в периодической таблице, которые собирают энергию из разных частей светового спектра. Всего имеется около 140 слоев, упакованных в солнечный элемент, каждый из которых тоньше человеческого волоса.
Стоит также отметить, что рекорд был побит при фокусировке света, который примерно в 143 раза сильнее естественного солнечного. В то время, как эффективность этого дизайна, очевидно, будет падать в реальных применениях, команда инженеров утверждает, что устройство может быть построено с зеркалом, чтобы сфокусировать солнечный свет на элемент.
Однако и вариант этой ячейки при освещении, эквивалентном одному Солнцу, тоже показывает внушительный результат эффективности батареи — она достигает показателя 39,2 процента.
Небольшой образец тандемного солнечного элемента перовскит-CIGS.
В отдельном исследовании ученые из Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) побили другой рекорд эффективности, на этот раз для нового типа тандемных солнечных элементов.
Тандемные солнечные элементы представляют собой фотоэлементы с двумя различными типами фотоактивных слоев. В этом случае один слой был сделан из перовскита, в то время как другой был комбинацией меди, индия, галлия и селена, которые команда называет CIGS.
Вначале осаждается слой CIGS толщиной от 3 до 4 микрометров, а затем на поверхность наносится слой перовскита толщиной всего 0,5 микрометра. Они хорошо работают вместе, потому что перовскит собирает видимый свет, в то время как CIGS предназначается для использования инфракрасного излучения. Чтобы улучшить контакт между двумя слоями, команда добавила слой атомов рубидия между ними.
Джон Гайс (слева) и Райан Франс — исследователи NREL, побившего рекорд эффективности солнечных элементов.
Благодаря этому методу инженеры добились максимальной эффективности в 24,16 процента. Пусть достижение не так высоко, как у кремниево-перовскитных тандемных ячеек, но, учитывая, что это первая тандемная ячейка с перовскит-CIGS — имеем в активе отличное начало.
Толщина конструкции допускает, что на ее основе могут быть изготовлены гибкие солнечные модули, которые, будучи чрезвычайно легкими и устойчивыми к облучению, будут хорошо подходить для применения в космосе.
Источники: NREL, HZB
