Dużo wydajniejsze ogniwa słoneczne

Naukowcy ze Stanford University i inżynierowie z Bosch Research and Technology Center w Palo Alto w Kalifornii przedstawili nowy typ ogniw słonecznych wykorzystujących światło czerwone i bliską podczerwień. Zwiększa to znacznie moc i wydajność ogniw słonecznych, przy zachowaniu ich rozmiarów.

Klasyczne ogniwa słoneczne nie mogą wykorzystywać światła czerwonego i bliskiej podczerwieni - aktywny materiał konwertujący fotony na energię, jaki w nich zastosowano, nie reaguje z fotonami, których energia jest dla niego zbyt niska. W efekcie wykorzystywane jest docelowo do 3. proc. światła słonecznego. Tymczasem wykorzystanie choć części z pozostałych 70 proc. znacznie zmniejszyłoby koszty ogniw, podnosząc ich wydajność i czyniąc je konkurencyjnymi wydajnościowo w stosunku do innych urządzeń energetycznych.

Uczeni i inżynierowie wykorzystali proces zwany konwersją promieniowania - na podłożu każdego ogniwa słonecznego naniesiono dwa barwniki. Absorbują one niskoenergetyczne fotony o dużej długości fali, łączą ich energię i wypromieniowują jako wysokoenergetyczne o krótszej długości fali.

Do tej pory proces ten był odtwarzany tylko w laboratorium. Zespół naukowców ze Stanford University pod kierownictwem prof. inżynierii materiałowej Jennifer Dionne dla zwiększenia wydajności i skali tego procesu zastosował nanocząsteczki metali. Działają one niczym mikroanteny optyczne, kierując światło bezpośrednio na warstwy barwników, co powoduje, że wychwytują one promieniowanie świetlne o odpowiedniej długości fali. Rośnie w ten sposób wydajność procesu konwersji, co zwiększa samą wydajność amorficznego ogniwa słonecznego opartego na tradycyjnych materiałach z 1. do 15 proc.

Ostatecznym celem zespołu badawczo-wdrożeniowego jest otrzymanie stałej powłoki na ogniwa słoneczne, absorbującej światło czerwone i bliską podczerwień. Byłaby ona łączona z podłożem ogniwa, ale odseparowana od warstw czynnych warstwą przezroczystej substancji nieprzewodzącej. Niskoenergetyczne fotony, które przeszły przez warstwę czynną, byłyby absorbowane przez warstwę konwertera i emitowane z powrotem do warstwy czynnej jako wysokoenergetyczne.

Inżynierowie z Bosch zapowiadają, że ich celem jest wdrożenie warstwy konwertującej światło czerwone do ogniw słonecznych w trzy lata, a dodanie warstwy absorbującej bliską podczerwień w cztery lata. Jednak wejścia na rynek ogniw z fabrycznie wytwarzanym mechanizmem konwersji nie należy spodziewać się wcześniej niż za 7-1. lat.