Сонячні елементи, тонші за довжину хвилі світла, мають величезний енергетичний потенціал
Надзвичайно тонкі сонячні елементи можуть поглинати сонячне світло ефективніше, ніж товстіші, дорожчі у виробництві кремнієві елементи, що використовуються сьогодні, оскільки світло поводиться по-різному в масштабах навколо нанометра (мільярдна частина метра), стверджують інженери Стенфорда. Вони підрахували, що, правильно налаштувавши товщину декількох тонких шарів плівок, органічна полімерна тонка плівка може поглинути в 10 разів більше енергії від сонячного світла, ніж вважалося можливим.
Луї Бержерон
Аспірант Аасват Раман, доцент Шаньхуей Фан і докторант Цонгфу Ю підрахували, що фотоелектричні елементи, побудовані за допомогою нанотехнологій, можуть виробляти набагато більше електроенергії, ніж існуючі елементи.
У гладкому, білому, пристосованому для зайчиків світі кремнієвих пластин і сонячних елементів, виявляється, що невелика шорсткість може піти далеко, можливо, аж до перетворення сонячної енергії на доступне джерело енергії, стверджують інженери Стенфорда.
Їхні дослідження показують, що світло, що рикошетує навколо полімерної плівки сонячної батареї, поводиться по-різному, коли плівка надзвичайно тонка. Плівка, яка нанорозмірна і трохи загрубіла, може поглинути більше ніж у 10 разів енергію, передбачену звичайною теорією.
Ключ до подолання теоретичної межі полягає в утриманні сонячного світла в обіймах сонячної батареї досить довго, щоб вичавити з неї максимальну кількість енергії, використовуючи техніку, яка називається "захоплення світла". Це те саме, що якби ви використовували хом'яків, що бігали на маленьких колесах, щоб виробляти електроенергію - ви хотіли б, щоб кожен хом'як проїхав якомога більше миль, перш ніж він зіскочив і втік.
"Чим довше фотон світла знаходиться в сонячній батареї, тим більше шансів, щоб фотон поглинувся", - сказав Шаньхуей Фан, доцент кафедри електротехніки. Ефективність, з якою даний матеріал поглинає сонячне світло, є критично важливою для визначення загальної ефективності перетворення сонячної енергії. Фан є старшим автором статті, що описує роботу, опубліковану в Інтернеті цього тижня в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Уловлювання світла застосовується протягом декількох десятиліть з кремнієвими сонячними елементами і здійснюється шляхом шорсткості поверхні кремнію, щоб змусити надходить світло відскакувати всередині клітини на деякий час після її проникнення, а не відбиватися прямо назад, як це відбувається від дзеркало. Але впродовж багатьох років, скільки б дослідників не базікали з цією технікою, вони не змогли підвищити ефективність типових "макромасштабних" кремнієвих клітин понад певну кількість.
Ця принципова схема тонкоплівкової органічної сонячної батареї показує зелений верхній шар, з малюнком, грубий розсіюючий шар. Тонкий органічний шар плівки, показаний червоним кольором, - це місце, де затримується світло і генерується електричний струм. Плівка затиснута між двома шарами, що допомагає утримувати світло, що міститься в тонкій плівці.