Bardziej wydajne ogniwa słoneczne dzięki nowemu materiałowi półprzewodnikowemu

fot. Nair Lopez/ Lawrence Berkeley National Laboratory

Większość wydajnych ogniw słonecznych posiada kilka warstw wykonanych z półprzewodnikowego materiału, indywidualnie przystosowanych do "wychwytywania" różnych kolorów światła wchodzących w skład światła białego i konwertujących je na elektryczność. Badacze z Lawrence Berkeley National Laboratory opracowali nowy materiał półprzewodnikowy, wykonujący prawie taką samą pracę jak wyżej wspomniane warstwy. Co więcej, nowy materiał powstał przy użyciu powszechnie znanych i tanich technik, co sugeruje, że wytwarzać można go względnie niedrogo.

Kilka grup badawczych opracowuje niezależnie materiały półprzewodnikowe, zdolne do chwytania większej ilości światła słonecznego, opierając się na idei sięgającej 1960 r. dotyczącej zasad interakcji światła słonecznego i materiałów półprzewodnikowych. Jednak materiały wykorzystywane w tych badaniach bardzo ciężko jest wytworzyć.

Przed pierwszymi praktycznymi zastosowaniami ich materiału naukowców czeka jeszcze dużo pracy. Według założeń byłby on w stanie konwertować  w elektryczność prawie połowę energii docierającej do jego powierzchni w postaci światła. Jest to wynik trzykrotnie lepszy niż osiągany przez najbardziej wydajne dotychczas  jednowarstwowe komórki słoneczne. Jednowarstwowe ogniwo ma tą przewagę nad swoją wielowarstwową odmianą, że jest znacznie tańsze, a koszt jak wiemy często jest jednym z głównych czynników sukcesu bądź porażki nowej technologii.

W konwencjonalnym materiale półprzewodnikowym, zużywana jet pewna część energii do uwolnienia elektronu i generacji elektryczności. Fotony mające mniejszą energię (fotony światła podczerwonego) nie generują elektryczności. Jeśli zaś foton ma więcej energii niż minimum niezbędne do generowania elektryczności (foton światła ultrafioletowego) to nadmiar energii jest tracony w postaci ciepła.

Nowy materiał bazuje na arsenku galu (GaAs). Standardowo wymaga on fotonów niosących dużą ilość energii do generowania elektryczności. Naukowcy zmodyfikowali go w ten sposób, że energia z więcej niż jednego fotonu jest wykorzystywana do uwolnienia elektronu. "Stało się to możliwe po zastąpieniu niektórych atomów arsenu wodorem, co spowodowało powstanie obszarów, w których przetrzymywane są elektrony, które otrzymały już pewną ilość energii niezbędną do ich uwolnienia. Czekają one tam na kolejne fotony dostarczające więcej energii i po osiągnięciu minimum elektron jest uwalniany" - mówi Władysław Walukiewicz - lider Solar Energy Materials Research Group.

Podsumowując: nowy materiał konwertuje światło w elektryczność bez strat cieplnych układu, konwertuje również fotony niosące małą ilość energii.

technologyreview.com