Команда исследователей создала тонкие, эффективные и гибкие фотоэлементы

Тонкопленочные солнечные батареи

Команда исследователей создала тонкие, эффективные и гибкие фотоэлементы

Сурикаты — «солнечные батареи животного царства»

Это солнечные модули, в которых полупроводник осаждается тонким слоем (толщиной порядка одного микрона) на тонкую подложку из стекла или стали. В качестве полупроводника могут выступать различные материалы, обладающие способностью поглощать свет.

Наиболее часто для этого используется аморфный кремний или поликристаллические материалы, такие как теллурид кадмия (CdTe), CIS и CIGS.

Тонкопленочные солнечные батареи на основе CdTe/CIS/CIGS еще не доведены до массового производства, однако это направление перспективно, поскольку такие батареи обладают высокой эффективностью и в то же время дешевы в изготовлении.

Тонкопленочные технологии, являющиеся на сегодняшний день наиболее перспективными в солнечной энергетике, позволили существенно снизить затраты на производство. Разработано несколько типов тонкопленочных фотоэлементов, как находящихся на стадии исследований и экспериментов, так и успешно применяемых в различных областях человеческой деятельности.

Наиболее известные из них – это:

аморфный кремний (a-Si: H);

теллурид/сульфид кадмия (CTS);

медно-индиевый или медно-галлиевый диселенид (CIS or CIGS), тонкопленочный кристаллический кремний (c-Si film);

нанокристаллические сенсибилизированные красителем электрохимические фотоэлементы (nc-dye).

Тонкопленочные панели не требуют прямых солнечных лучей, работают при рассеянном излучении, благодаря чему суммарная вырабатываемая за год мощность больше на 10-15%, чем вырабатывают традиционные кристаллические солнечные панели.

Тонкая пленка является намного более рентабельным способом производства энергии и может переиграть монокристаллы в областях с туманным, пасмурным климатом или в тех отраслях промышленности, которым свойственна запыленность воздуха или высокое содержание в нем иных макрочастиц.

Тонкоплёночные панели в 95 % случаев используются для «он-грид» систем, генерирующих электроэнергию непосредственно в сеть. Для этих панелей необходимо использовать высоковольтные контроллеры и инверторы, не стыкующиеся с маломощными бытовыми системами.

Хотя себестоимость тонкопленочных панелей невысокая, они занимают значительно бόльшую площадь (в 2,5 раза), чем моно- и поли-кристаллические панели. Из-за меньшего КПД. Тонкопленочные панели эффективно использовать в системах мощностью 10 кВт и более. Для построения небольших автономных или резервных систем электроснабжения используются монокристалические и поликристалические панели.

Тонкопленочные кремниевые солнечные батареи производятся уже довольно давно. Они применяются в часах и калькуляторах. Аморфный кремний в них осаждается на тонкую подложку.

Нужно отметить, что эффективность тонкопленочных солнечных батарей на основе аморфного кремния существенно ниже, чем у солнечных батарей на основе кристаллического кремния, однако высокая эффективность в данном случае не является критически важной характеристикой и для бытовых устройств типа часов или калькуляторов тонкопленочные батареи на основе аморфного кремния являются стандартом. Более того, эффективность таких батареек под воздействием света со временем снижается на 13-15%.

Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) министерства энергетики США предприняла попытку систематизировать основные концептуальные методы преобразования солнечного света в электроэнергию и оценить последние успехи в этой области. Ниже дается краткий обзор основных достижений в сфере развития тонкопленочных солнечных технологий. CdTe: 18,3%.

Специалистам General Electric Research (GE) удалось повысить КПД тонкопленочных солнечных элементов на основе теллурида кадмия (CdTe) до 18,3%.

Это серьезный успех, если учесть, что прежний рекорд, установленный американским производителем солнечных модулей First Solar в 2012 году, побит на целый процентный пункт.

Впрочем, в GE считают, что результат мог быть и выше: технология, приобретенная GE у компании PrimeStar, еще недостаточно освоена.

По словам руководителя команды разработчиков Энила Даггала, три года назад GE производила тонкопленочные фотоэлементы с КПД в 10%. Сейчас компания намерена довести этот показатель примерно до 20% (такой КПД имеют современные солнечные элементы на базе поликристаллических кремниевых элементов).

Не раскрывая суть технологии, Даггал объяснил, что существенное повышение КПД стало результатом материаловедческих, конструкционных и технологических разработок. Он также сообщил, что GE рассматривает вопрос о создании пилотной линии по производству солнечных элементов на основе CdTe с КПД порядка 15%.

CIGS (на полимерном основании): 20,4%.

Ученые из Empa, швейцарской Федеральной лаборатории технологий и материаловедения, утверждают, что создали солнечные элементы на основе соединения диселенида галлия, индия и меди (CIGS) на тонком полимерном основании, обеспечивающие 20,4%-ную эффективность преобразования солнечного света в электроэнергию. Официальное подтверждение этого достижения пока не получено: проверкой занимается другая исследовательская лаборатория, установившая рекорд по КПД для солнечных элементов CIGS-типа (18,7%) более полутора лет назад.

Разработчики из Emps объяснили, что добились повышения КПД, изменив характеристики слоя CIGS, выращиваемого при низких температурах.

По их мнению, гибкие тонкопленочные солнечные элементы на основе CIGS теперь сравнялись по эффективности с многослойными поликристаллическими твердотельными кремниевыми фотоэлементами, что позволяет всерьез задуматься об их промышленном производстве.

CIS: 19,7% Японская компания Solar Frontier создала тонкопленочные фотоэлементы, использующие полупроводниковый материал на основе меди, индия и селена (CIS), с рекордным КПД в 19,7% (прежнее достижение для фотоэлементов этого типа составляло 18,6%).

Рекорд был подтвержден японским Национальным институтом перспективных промышленных исследований и технологий.

Фотоэлементы вырезались из подложки размером 30 х 30 см, а поглощающие пленки наносились методом напыления и селенизации (термической обработки в парах Sе), который, как надеются разработчики, позволит в будущем добиться более высокого КПД солнечных батарей промышленного производства, чем при использовании метода соиспарения (с помощью которого созданы солнечные элементы, которым сейчас принадлежит рекорд по КПД — 20,3%).

Solar Impulse: продолжение солнечного полета

В технологии Solar Frontier не применяется кадмий, что делает ее более экологичной в сравнении другими тонкопленочными солнечными технологиями. КПД модулей, производимых на заводе компании в городе Кунитомо, превышает 13%.

В классификации, составленной NREL, технология CIS отдельно не выделяется, а специалисты спорят по поводу того, следует ли ее рассматривать как самостоятельную фотовольтаническую технологию. Тандемные органические фотоэлементы: 12,0%.

Немецкая компания Heliatek сообщает, что ее специалисты создали органический тонкопленочный фотоэлемент с КПД 10,7%, что является рекордом для элементов такого типа. В фотоячейке стандартного размера 1,1 см² используются два запатентованных поглотителя, способных преобразовывать свет с длинами волн широкого диапазона.

Достижение Heliatek подтверждает правильность решения, принятого специалистами компании: они решили отказаться от дальнейшего развития полимерных фотоэлементов, так как все полимеры имеют обыкновение разрушаться под действием солнечного света, и сделали выбор в пользу технологии напыления олигомерных покрытий на полиэфирную подложку (похожая методика применяется в производстве OLED-дисплеев для телефонов и телевизоров). Она позволяет наносить на подложку большое число сверхтонких (до 5 нм) слоев поглотителя и создавать тандемные или трехкомпонентные фотоэлементы, способные абсорбировать свет более широкого диапазона и имеющие больший жизненный цикл, чем кремниевые фотоэлементы.

Тест украинских зарядных устройств на солнечных батареях

Девять месяцев назад продукты Heliatek установили рекорд по КПД для органических фотоэлементов — 10,7%, но компания намерена к 2015 году довести этот показатель до 15%. Повышение КПД фотоэлементов — основная задача ученых, развивающих солнечные технологии.

Однако следует понимать, что все эти технологии должны, прежде всего, быть пригодными для массового производства (по стоимости и объему вырабатываемой продукции, в данном случае — электроэнергии) и решать практические задачи как минимум не хуже, чем уже используемые производственные технологии.

Будучи перенесенными из лабораторных условий в промышленные, кремниевые фотоэлементы-рекордсмены теряют порядка 10% своего КПД, а тонкопленочные — все 20%.

У тонкопленочных фотоэлементов есть неплохие шансы сравняться с кремниевыми по стоимости производства (в расчете на единицу мощности), но их более низкий КПД должен компенсироваться либо эксплуатационными характеристиками (например, более низкой скоростью деградации), либо сокращения так называемого баланса системы расходов.

Источник: green-dom.info

Если вам понравился этот материал, то предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку – ТОП материалов о принципах экотуризма, туристических маршрутах, обзор и анализ предложений вы можете найти там, где вам максимально удобно ВКонтакте или В Фейсбуке
Если у вас неправильно отображается страница, не воспроизводится видео или нашли ошибку в тексте, пожалуйста,

Источник: http://ecology.md/page/tonkoplenochnye-solnechnye-batarei

Солнечная батарея: история развития технологии – Sunnik

Хотя солнечная энергетика, как мы знаем, не старше 60 лет, история открытий, которые привели к созданию солнечной батареи, началась почти 200 лет тому назад. Эти открытия свойств света и электропроводимости сделали солнечную энергетику такой, какая она есть сегодня.

Чтобы помочь вам лучше понять, как появилась солнечная батарея, мы подготовили график открытий и изобретений, которые привели к их созданию.

1839: Наблюдение фотоэффекта

Французский ученый Эдмон Беккерель впервые наблюдал фотоэффект в 1839 году . Этот процесс происходит, когда свет поглощается материалом и создается электрическое напряжение. Большинство современных солнечных батарей используют кристаллы кремния для достижения этого эффекта.

1873-1876: Открыта фотопроводимость селена

Английский инженер-электрик Уиллоуби Смит обнаружил фотопроводимость селена, то есть он становится электропроводным при поглощении света.

Три года спустя Уильям Гриллс Адамс и Ричард Эванс Дей открыли, что селен может производить электричество из света без тепла или движущихся частей, которые могли бы легко сломаться.

Это открытие доказало, что солнечную энергию легко можно собрать и сохранить, при этом требуется меньшее количество деталей, чем для других источников энергии — например, для электростанций, работающих на угле.

1883: создание первого фотоэлемента

Изобретатель из Нью-Йорка Чарльз Фриттс создал первый солнечный элемент путем покрытия селена тонким слоем золота. Этот фотоэлемент достиг эффективности преобразования энергии в 1-2%. Большинство современных солнечных батарей работают с эффективностью 15-20%.

Читайте также:  Управление irobot create с помощью беспроводного геймпада через arduino

1887: открыт фотоэлектрический эффект

Немецкий физик Генрих Герц впервые наблюдал фотоэлектрический эффект при использовании света для освобождения электронов от твердой поверхности (обычно металлической) для выработки электроэнергии.

В отличие от ожидаемых результатов, Герц нашел, что этот процесс производит больше энергии при воздействии ультрафиолетовым светом, а не более интенсивным видимым. Альберт Эйнштейн позже получил Нобелевскую премию за дальнейшее объяснение эффекта.

Современные солнечные батареи основываются именно на фотоэлектрическом эффекте для преобразования солнечного света в энергию.

1953-1956: коммерческое производство кремниевых фотоэлементов

Физики Лабораторий Белла обнаружили, что кремний является более эффективным, чем селен, создавая первые практичные фотоэлементы — теперь 6% эффективности.

Это открытие привело к созданию фотоэлементов, способных питать электрооборудование.

В 1956 году Western Electric начала продавать коммерческие лицензии на свои кремниевые фотоэлектрические технологии, но чрезмерно высокая стоимость кремниевых фотоэлементов удерживала их от широкого насыщения рынка.

1958: использование солнечной энергии в космосе

После нескольких лет экспериментов по повышению эффективности и коммерциализации солнечной энергии, она получила поддержку, когда американское правительство использовало её для оборудования по изучению космоса.

Первый спутник на солнечных батареях Vanguard 1 сделал более 197 000 оборотов вокруг Земли за 50 лет пребывания на орбите.

Это применение солнечной энергии открыло путь для дальнейших исследований по снижению затрат и увеличению производства.

1970-ые: исследования снижают стоимость

Так как цены на нефть выросли в 1970-е годы, спрос на солнечную энергию вырос.

Exxon Corporation профинансировала исследование для создания фотоэлементов, изготовленных из более низкосортного кремния и более дешевых материалов, снизив стоимость со $ 100 за ватт всего лишь до $ 20 — $ 40 за ватт.

Федеральное правительство также приняло несколько законопроектов и инициатив, способствовавших развитию солнечной энергетики, и создало Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии (NREL) в 1977 году.

1982: строительство первой солнечной электростанции

Arco Solar построил первый солнечный парк — основу солнечной электростанции — в Хесперии, Калифорния, в 1982 г. Эта солнечная электростанция генерирует 1 МВт или 1000 киловатт в час при работе на полную мощность. Это позволяет питать 100-киловаттную лампочку в течение 10 часов.

В 1983 году Arco Solar построила второй парк солнечных батарей в Карризо Плейн, штат Калифорния. В то время это была самая большая коллекция солнечных батарей в мире, состоящая из 100 000 батарей, которые генерировали 5,2 мегаватта при работе на полную мощность.

Хотя эта солнечная электростанция и пришла в упадок из-за возвращения популярности нефти, она продемонстрировала потенциал для промышленного производства солнечной электроэнергии.

1995: созданы выдвижные солнечные батареи

Исследования в области солнечной энергетики продолжают расширятся на другие отрасли: Thomas Faludy подал заявку на патент в 1995 году на выдвижные навесы с интегрированными солнечными батареями.

Это был один из первых случаев, когда солнечные батареи были использованы в рекреационных транспортных средствах.

Сегодня эта функция является популярным способом питания рекреационных автомобилей (recreational vehicle: специализированный автомобиль или прицеп для любителей автотуризма, разделенный на функциональные секции — кухню, спальню, гостиную, туалет, душ и т.п.).

1994¬-1999: эффективность солнечных батарей поднимается на новый уровень

В 1994 году Национальная лаборатория возобновляемой энергии разработала новый фотоэлемент из фосфида индия — галлия и арсенида галлия, эффективность которого превысила 30%. К концу века лаборатория создала тонкопленочные фотоэлементы, которые преобразовывали 32% солнечного света в полезную энергию.

2005: стали популярными самодельные солнечные батареи

Поскольку технология и эффективность солнечных батарей выросли, становится все более популярным использование солнечной энергии для дома.

Самодельные солнечные батареи стали хитом рынка в 2005 году и стали распространяться с каждым новым годом все больше и больше.

На сегодняшний день существует много способов, как сделать свои собственные солнечные батареи, от сборки комплекта солнечных батарей до планирования стрингов солнечных батарей.

2015: печатная гибкая солнечная батарея — хит рынка

Сейчас производятся тонкие, как бумага, фотоэлементы с использованием промышленного принтера. Они имеют 20% эффективности преобразования солнечной энергии, и одна полоса может производить до 50 ватт на квадратный метр. Это хорошая новость для 1,3 миллиарда человек в развивающихся странах, поскольку такие полосы являются гибкими и недороги в производстве.

2016: открытие термофотоэлементов, работающих без солнца

Команда исследователей из Калифорнийского Университета, Беркли, и Австралийского национального университета обнаружила новые свойства наноматериала. Одно из таких свойств называется магнитной гиперболической дисперсией, что означает, что материал светится при нагревании. В сочетании с термофотоэлектрическими элементами, он может превратить тепло в электричество без солнечного света.

Солнечная энергия прошла долгий путь за последние 200 лет от наблюдения за свойствами света до поиска новых способов его преобразования в электроэнергию. Эта технология не проявляет никаких признаков замедления — она идет вперед с беспрецедентной скоростью.

Будьте в курсе последних новостей о солнечной энергии и заранее решите, является ли солнечная энергия правильным выбором для Вас.

Если Вам необходимы солнечные батареи для дома или дачи, наша компания всегда готова предложить Вам идеальные варианты по электроснабжению Вашего домохозяйства:

  • автономное энергоснабжение
  • резервное электроснабжение
  • электроснабжение с продажей электроэнергии по «Зеленому тарифу«.

Источник: http://ems-int.com/blog/a-history-of-solar-cells-how-technology-has-evolved/

Источник: http://sunnik.com.ua/solnechnya-batareya-istoriya-razvitiya-tehnologii/

Новости в России и в мире — Newsland — информационно-дискуссионный портал. Новости, мнения, аналитика, публицистика

Большинство традиционных солнечных элементов не способны преобразовывать в электричество фотоны длинноволнового диапазона.

Команда исследователей во главе с Мэтью Люмбом (Matthew Lumb) из Университета Джорджа Вашингтона надеется изменить такое положение вещей и, как следствие, получать намного больше энергии.

Ученые разработали солнечный элемент, который способен поглощать почти всю энергию в солнечном спектре – и он может стать самым эффективным фотоэлементом в мире с эффективностью 44,5%.

Предложенный подход отличается от солнечных панелей, которые обычно можно увидеть на крышах домов или наземных солнечных электростанциях. В новом устройстве используются концентрические фотовольтаические (CPV) панели, в которых применяются линзы, концентрирующие солнечный свет на микромасштабных ячейках с помощью специальных линз.

Для солнечного света такая ячейка служит своеобразным ситом, так как каждый слой поглощает определенный набор длин волн, что в итоге позволяет захватить почти половину доступной энергии, в то время как большинство традиционных ячеек поглощают лишь одну четверть.

Другие ученые по всему миру уже много лет работают над более эффективными солнечными батареями, но предложенный американцами метод имеет два новых аспекта. Во-первых, он использует семейство материалов на основе антагонидов галлия (GaSb), которые обычно применяются в технологиях инфракрасных лазеров и фотодетекторов.

Новые солнечные элементы на основе GaSb собраны в сложную структуру, в которую входят также высокоэффективные фотоэлементы на обычных подложках, захватывающие фотоны с более короткой длиной волны.

Кроме того, в процедуре укладки используется технология, называемая трансферной печатью, которая позволяет создавать крошечные ячейки с большой точностью.

Хотя новый солнечный элемент получился очень дорогим, исследователи полагают важным показать верхний предел возможностей с точки зрения эффективности.

Несмотря на высокую стоимость расходных материалов, предложенный метод представляется им многообещающим.

В конечном итоге аналогичный продукт может стать на рынке конкурентоспособным за счет сокращения затрат, высокой степени концентрации и технологий для переработки дорогостоящих подложек.

Авторы разработки опубликовали полученные результаты в журнале Advanced Energy Materials. Помимо специалистов из университета в исследовании принимали участие ученые из Военно-морской исследовательской лаборатории Соединенных Штатов и нескольких других американских учреждений.

Источник: https://newsland.com/user/4297655705/content/uchenye-sozdali-novyi-fotoelement-s-effektivnostiu-445/5918324

Кумарин и углеродные нанотрубки сделают солнечные батареи эффективнее

Они одновременно увеличивают эффективность поглощения и подвижность электронов.

Международная команда ученых, в которую входит Тамара Басова из Новосибирска, предложила новые композиты для улучшения работы органических солнечных батарей. Результаты исследования опубликованы в журнале Dalton Transactions.

За один год Земля поглощает почти 400*1021^ Джоулей солнечного излучения. Энергии, которая падает на нашу планету всего за один час, хватило бы, чтобы полностью покрыть все энергозатраты человечества за год. Самый удобный способ использования солнечного света — напрямую преобразовывать его в электричество, для чего ученые разрабатывают различные типы фотоэлементов.

Новая работа авторов из России, Турции, Ирака и Великобритании посвящена органическим солнечные элементам (ОСЭ) на основе фуллеренов и полимеров.

Они уступают лидерам «солнечного рынка» — кремнию и перовскитам — в эффективности, зато гораздо более дешевы и просты в изготовлении и их можно производить тонкими и гибкими.

Все это делает ОСЭ перспективными для потребительской электроники, например легких носимых гаджетов. Тем не менее эффективность и стабильность ОСЭ можно улучшать.

Для этого ученые предложили добавлять в ОСЭ красители, связанные с углеродными композитами. Они использовали две пары красителей — красный кумарин и синий BODIPY, которые химически прикреплялись к производным оксида графена либо углеродных нанотрубок.

Всего получилось четыре пары связанных между собой материалов: кумарин-оксид графена, кумарин-нанотрубки, BODIPY-оксид графена и BODIPY-нанотрубки.

Их добавляли к активному слою фуллерено-полимерных солнечных элементов PCBM: Р3НТ (PCBM это производное фуллерена, а Р3НТ — полимер).

Все элементы с добавками работали лучше исходных, а чемпионом оказалась пара кумарин-нанотрубки — ее добавление повысило КПД фотоэлементов в 1,4 раза (с 2,6 до 3,6 процента).

Скорее всего, в основе этого лежит несколько причин. Во-первых, молекулы кумарина улучшают контакт между компонентам активного слоя, то есть делают заряды более подвижными.

Читайте также:  Триггеры

Во-вторых, добавление красителя увеличивает число поглощенных фотонов.

Пару кумарин-нанотрубки ученые опробовали также в гибких ОСЭ. Активный слой состоял по-прежнему из смеси PCBM: Р3НТ, но в этот раз их наносили на гибкий полимер, покрытый проводящим оксидом индия и олова. В этом эксперименте ученым удалось добиться улучшения КПД с 1,16 до 1,62 процента.

Конечно, делать далеко идущие выводы пока рано — например, потому, что в работе рассмотрены ОСЭ не оптимального качества. В то же время лучшие солнечные элементы на основе пары PCBM: Р3НТ сейчас имеют эффективность пять процентов и выше. Насколько ярко проявится эффект кумаринового композита на более совершенных элементах, будет ясно из дальнейших исследований.

Источник: https://chrdk.ru/news/kumarin-i-uglerodnye-nanotrubki-sdelayut-solnechnye-batarei-effektivnee

Перовскитовые фотоэлементы

© AP Photo / Matt York

Последние годы СМИ нередко публикуют новости о солнечных батареях из перовскита, которые хоть пока и уступают кремниевым по эффективности, но более дешевые, и потому у них неплохие перспективы в сфере ЖКХ. В России разработку перовскитовых фотоэлементов поддерживают на государственном уровне.

Перовскит – так называется минерал, открытый еще в начале позапрошлого века в Уральских горах. В природе это титанат кальция, содержашийся в горных породах, претерпевших воздействие огромных температур и давления. Перовскит привлек внимание ученых своей необычной кристаллической структурой в виде неправильного куба, присущей различным соединениям с полупроводниковыми свойствами.

Структура перовскита напоминает неправильный куб / © Lonxos

Для создания фотоэлемента достаточно тонкого слоя материала со структурой перовскита.

Чтобы ее получить, иодид свинца и металлоорганический иодид растворяют в диметилформамиде и наносят на подложку, например, из органического полимера.

Затем структуру отжигают при температуре 90-110 градусов, – так происходит формирование поликристаллической пленки из перовскитных молекул. В результате получаются гибкие полупрозрачные панели. Создать такие из кремния невозможно.

Скачущие электроны

В фотовольтаическом элементе фотопроводящий слой перовскита зажат между слоями еще двух полупроводников, например, из оксида металла и органического полимера, служащих для транспортировки носителей заряда. У электронов в полупроводнике разная энергия, и на основании этого их можно разделить по уровням.

В физике рассматриваются три верхних уровня, в пределах которых и происходит движение носителей заряда. Нижний уровень, валентная зона, полностью заполнен электронами. Там они почти не способны двигаться – зажаты, как пассажиры в автобусе в час пик.

Следующий энергетический уровень для них запрещен законами природы: электроны способны только прыгнуть через него и оказаться в зоне проводимости. Но где взять энергию? Для этого и нужен солнечный свет, то есть поток фотонов. Они как бы толкают электроны, придавая им силы прыгнуть “выше”.

На месте, где были электроны, остаются положительные носители заряда, называемые дырками.

Электроны совершают прыжок в зону проводимости, получив энергию / © Иллюстрация РИА Новости. Алина Полянина

В зоне проводимости электроны становятся свободными и могут двигаться из одного слоя фотоэлемента в другой, избавляясь от избытка энергии.

Свободные электроны через слой одного полупроводника направляются к катоду, а дырки через слой другого полупроводника устремляются к аноду, и процесс повторяется заново.

Эти дополнительные слои полупроводников выполняют роль своеобразных приемщиков носителей заряда, более эффективно разводя их к электродам.

В солнечных батареях на перовските используют еще два материала с разным типом проводимости / © Иллюстрация РИА Новости. Алина Полянина

Почему перовскит еще не завоевал мир

Главный недостаток солнечных батарей на перовските заключается в том, что под воздействием фотонов атомы между слоями начинают “путешествовать”, из-за чего в структуре возникают дефекты. Со временем устройство теряет эффективность. Пока наилучший результат по сохранению коэффициента полезного действия для элемента на перовските – 13 процентов за год работы.

Ждем энергоэффективных зданий

Ученые полагают, что перовскитовые солнечные панели лучше подходят для бытовых целей, чем кремниевые, за счет того, что они полупрозраны. Их можно даже разместить в окне дома или квартиры вместо стекла. Такая солнечная батарея прозрачна из-за малой толщины, составляющей порядка сотен и даже десятков нанометров.

Учитывая открывающиеся перед перовскитом перспективы, в программу Евросоюза Zero Energy Buildings (что можно перевести как “Здания с нулевым потреблением энергии”) включили “оклеивание” архитектурных сооружений солнечными батареями на основе этого необычного материала.

Аналогичную задачу решают ученые в НИТУ “МИСиС”, чей проект “Широкоформатные полупрозрачные солнечные панели c использованием стабильных перовскитных архитектур” поддержан мегагрантом Минобрнауки России. Руководить работами пригласили иностранного специалиста Альдо ди Карло, профессора кафедры оптоэлектроники и наноэлектроники Римского университета Тор Вергата.

На сегодняшний день нашим физикам удалось уменьшить деградацию одного из полупроводников, входящих в перовскитовый фотоэлемент, и сконструировать с его помощью экспериментальную солнечную батарею, которая показала за год в среднем эффективность 15 процентов.

Источник: http://www.EnergoVector.com/energoznanie-alternativnaya-energetika.html

Разработаны первые в мире нетоксичные гибкие солнечные батареи

Учёные из Австралии добились наивысшей эффективности гибких солнечных батарей, которые являются нетоксичными и стоят намного дешевле, чем кремниевые.

Команда Университета Нового Южного Уэльса (UNSW), во главе с д-ром Сяоцзин Хао, достигла самого высокого в мире уровня эффективности для полноразмерной солнечной панели с использованием тонкоплёночной технологии, известной как CZTS (медь-цинк-олово-сера — copper-zinc-tin-sulfur), пишется на странице .

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США подтвердила, что эффективность батареи составляет 7,6% на 1 см². В настоящее время сотрудники лаборатории решают задачу, чтобы добиться 20%-й эффективности.

«Это первый шаг на пути [технологии] CZTS к тому, чтобы добиться 20%-й эффективности, и важная веха в пути от лаборатории до коммерческого продукта», — сказала доктор Хао.

«Они могут быть нанесены непосредственно на материалы в виде тонких слоёв, которые в 50 раз тоньше человеческого волоса, так что нет никакой необходимости изготавливать „вафельные“ кремниевые элементы и соединять их по отдельности, — сказал директор австралийского центра передовой фотовольтаики (ACAP) при UNSW Мартин Грин. — Они также лучше, чем кремний, реагируют на длину волны синего света и могут быть нанесены в виде тонкой плёнки поверх кремниевых элементов, чтобы в конечном счёте улучшить общую производительность».

Тонкоплёночные технологии, такие как (теллурид кадмия) и (селенид меди-индия-галлия), также привлекательны потому, что они очень гибкие и могут применяться для кровельных мембран или прозрачных и полупрозрачных структур, таких как окна и световые люки.

Однако в отличие от других тонкоплёночных солнечных батарей CdTe и CIGS, ячейки тонкоплёночных солнечных батарей австралийских разработчиков изготовлены из таких материалов, как медь, цинк, олово и сера. Эти материалы встречаются чаще и более благоприятны по экологическим причинам.

Кадмий же и селен являются токсичными, даже при более малых дозах их токсичность напоминает историю с использованием , который широко использовался в строительстве. Теллур и индий крайне редки и использование их в солнечных батареях увеличивает их стоимость.

В настоящее время такие тонкоплёночные фотоэлементы, как CdTe, используются в основном для крупных солнечных электространций, где нужны большие мощности солнечной энергии, так как из-за токсичности кадмия для жилых систем они непригодны, пишет ScienceDaily.

Доктор Хао считает, что тонкоплёночные солнечные панели более широко можно использовать в зданиях. Этому способствуют дешевизна CZTS, безопасность для окружающей среды и гибкость.

В наше время, когда электроэнергия и газ дорожают, солнечная энергия является прекрасной альтернативой возобновляемой энергии и всё увереннее завоёвывает популярность. Уже созданы солнечные печи.

В Голландии появился уникальный велосипед на солнечных батареях.

А в Афинах мусорные контейнеры с фотоэлементами, которые вырабатывают энергию, позволяют значительно сократить затраты на транспортировку, самостоятельно перерабатывают отходы, экономят энергоресурсы и сохраняют экологическую стабильность.

В Украине разработчик создал оконные жалюзи с солнечными панелями. Также созданы домашние солнечные зарядные станции для электромобилей.

Кроме того, в Киеве существует конкурсная программа, в рамках которой на крышах домов можно устанавливать солнечные панели, 70% стоимости их установки берёт на себя администрация города.

Источник: https://www.epochtimes.com.ua/ru/novosti-nauki-i-tehniki/razrabotany-pervye-v-mire-netoksichnye-gibkie-solnechnye-batarei-122488

18.7% – рекорд эффективности для гибких солнечных элементов

Создано 23.05.2011 13:48Автор: Александр Компанеец

Швейцарские ученые Федеральной Лаборатории Материаловедения и Технологий усовершенствовали, ранее разработанные ими же, гибкие солнечные элементы, достигнув рекордной на сегодняшний день эффективности для устройств данного вида – 18.7%.

Селенид меди индия и галлия (copper indium gallium selenide или C.I.G.S.) – гибкий материл, который послужил основой для создания нового типа фотоэлектрических источников электроэнергии. Команда ученых под руководством господина Тивари уже несколько последних лет занимается совершенствованием этой технологии.

«Новый рекорд мощности гибких солнечных элементов, изготовленных по технологии C.I.G.S., сводит разрыв между эффективностью жестких и гибких фотоэлементов до минимума», сказал господин Тивари.

Гибкие солнечные панели обладают целым списком преимуществ: они имеют более низкую себестоимость производства, могут быть свернуты в рулоны, более легкие и потенциально имеют более широкую сферу применения.

Ученые уверены, что достаточно высокая эффективность при более низкой цене позволит новым солнечным ячейкам проникнуть во все сферы нашей жизни: в транспортные средства, строительные модули, портативные устройства и туристическое оборудование.

Сейчас компания Empa, выступающая инициатором разработки, планирует широкомасштабное внедрение новой технологии.

Первый гибкий фотогальванический элемент по технологии C.I.G.S. был разработан еще в 1999 году, и уже тогда его эффективность (КПД) составляла 12.8%. В 2005 году, в сотрудничестве с компанией Flisom удалось достичь порога 14.1 %, и 17.6% – в 2010. В этом году гибкие солнечные элементы становятся реальными конкурентами хрупким монокристаллическим панелям.

Компании Nanosolar и First Solar уже сейчас занимаются производством солнечных панелей с использованием технологии C.I.G.S. с эффективностью ячейки 13.6%, КПД панели при этом составляет около 11.6%.

Читайте также:  Com-терминал

При казалось бы низкой эффективности преобразования солнечного света в электроэнергию, эти панели дешевле более мощных панелей из кристаллического кремния, так как при их производстве используется технология «печати»  наночернилами на дешевой алюминиевой фольге.

Что делает процесс производства достаточно простым и технологичным. При этом компания дает 25-летнюю гарантию на свою продукцию.

Nanosolar построила фабрику по производству солнечных панелей мощностью 430 МВт в год в Сан Джос и 620 МВт в год в Германии. Каждый следующий год планируется увеличение производства в два раза.

Развитие этой технологии, также как и строительство производственных мощностей для промышленного производства, активно спонсируется и кредитуется государственными учреждениями и различными фондами.

Источник: http://www.FacePla.net/index.php/the-news/energy-news-mnu/1331-cigs-record

Рекордно тонкие фотоэлементы

Инженеры из Массачусетского технологического института обнаружили, что сэндвичи из одноатомных материалов графена и соединений молибдена можно использовать в качестве рекордно тонких фотоэлементов

В большинстве случае усилия разработчиков, связанные с улучшением солнечных батарей были направлены на повышение эффективности преобразования энергии, или на снижение стоимости производства.

Созданные американскими учеными фотоэлементы представляют собой сэндвичи из двух разных двумерных веществ толщиной в один атом. В одном из вариантов используется сульфид молибдена MoS2 c графеном, в другом — то же соединение с сульфидом вольфрама WS2.

В последние годы ученые уделяли значительное внимание потенциалу двумерных материалов, таких как графен, однако до сих пор мало кто применял свои разработки в области производства солнечных панелей. По словам ученых, в расчете на количество преобразованной энергии эффективность новых солнечных батарей невелика.

Она составляет всего около одного процента против 15-20 % у существующих фотоэлементов. Тем не менее, при расчете на массу, у одноатомных листов нет равных — они получают как минимум в 1000 раз больше энергии при сравнимом  весе.

Подобные сверхтонкие фотоэлементы могут использоваться в космической и авиационной индустрии, или для использования в отдаленных районах развивающихся стран, где транспортные расходы значительны.

Словом там, где особенно важна низкая масса, а размер панели не имеет принципиального значения.

Основным недостатком новых солнечных батарей является сложность промышленного производства — ни однослойные соединения ванадия, ни графен инженеры пока не научились получать в достаточно больших количествах.

Ученые уже давно ведут работы по созданию не только тонких, но и гибких фотоэлементов. Так, недавно южнокорейские инженеры представили солнечные панели на основе аморфного кремния, которые можно наклеивать на любые гладкие поверхности подобно переводным картинкам. Другие группы из Массачусетского технологического института также сообщали о создании гибких фотоэлементов на основе графена.

Это новый, захватывающий подход к проектированию солнечных батарей, и, кроме того впечатляющий пример того, как дополнительные наноструктурированные материалы могут быть спроектированы для создания новых энергетических устройств , — говорит Джон Харт, доцент кафедры машиностроения, химической технологии, искусства и дизайна Университета Мичигана

Источник

___________________________________________________________

Источник: http://www.ekopower.ru/rekordno-tonkie-fotoelementyi-predst/

Исследователи MIT разработали технологию, которая в будущем, возможно, поможет преодолеть предел эффективности солнечных батарей

Создать солнечные батареи, которые одинаково хорошо преобразовывают тепло и свет в энергию очень сложно. Эффективность большинства прототипов данного типа не превышает 1%.

Однако предел эффективности солнечных батарей, возможно, в скором времени удастся преодолеть благодаря исследователям из Массачусетского технологического института (MIT), которые придумали новый способ использования солнечного излучения для получения электричества.

Новый подход, предложенный исследователями MIT, предусматривает применение специального материала, который после контакта с солнечными лучами нагревается и превращается в достаточно эффективный источник инфракрасного излучения, и фотогальванического элемента, выполняющего функции регистратора этого «теплового» излучения. По словам исследователей, разработанная ими технология не только повышает эффективность солнечных батарей, но и может упростить задачу накопления энергии для дальнейшего применения.

Технология была детально описана в статье, опубликованной в научном журнале Nature Nanotechnology, и написанной аспирантом Андреем Ленертом, доцентом машиностроения Эвелин Вонг, профессором физики Марин Солячич, главным научным сотрудником Иваном Селановичем и тремя другими исследователями.

Обычные кремниевые солнечные элементы способны превращать в электричество энергию далеко не всех фотонов, а только тех, чья энергия соответствует ширине запрещенной зоны фотоэлектрического материала.

Ширина запрещенной зоны кремниевых солнечных элементов соответствует излучению с разными длинами волн, но есть и диапазон, который остается вне досягаемости фотоэлектрических элементов из кремния.

Чтобы решить данное ограничение, команда исследователей разработала промежуточное звено между фотоэлементом и солнечным светом – двухслойный поглотитель-излучатель, исполненный из таких материалов как углеродные нанотрубки и фотонные кристаллы.

Промежуточный материал собирает энергию солнечного света широкого спектра и, нагреваясь (преобразовывая солнечную энергию в тепло), излучает свет определенной длины волны, который в данном случае соответствует ширине запрещенной зоны фотогальванического элемента, расположенного рядом.

В лабораторных условиях исследователи выяснили, что двухслойный поглотитель-излучатель работал максимально эффективно, когда собирал энергию в широком диапазоне симулированного солнечного излучения, сконцентрированного в 750 раз, и нагревался до температуры в 962 градуса Цельсия.

Стоит отметить, что идея напрямую превращать тепло в электроэнергию при помощи солнечных термофотоэлектрических преобразователей (TPV) не новая.

Многие ученые полагают, что именно эта концепция позволит обойти теоретический предел КПД для фотоэлектрических преобразователей с одноступенчатым переходом, предел Шокли-Квейссера, в 33,7%.

Авторы исследования считают, что КПД системы с TPV-преобразователями может быть выше 80%.

Пока исследователям удалось зарегистрировать эффективность на уровне 3,2%, но КПД подобных устройств, создаваемых другими исследователями до этого, ранее не превышало 1%. В ближайшем будущем исследователи MIT намерены взять планку в 20% и этого будет достаточно для коммерциализации разработки.

Источник: https://itc.ua/news/issledovateli-mit-razrabotali-tehnologiyu-kotoraya-v-budushhem-vozmozhno-pomozhet-preodolet-predel-effektivnosti-solnechnyih-batarey/

Ученые создали самый тонкий светопоглотитель

Ученые из Стэнфордского университета создали самый тонкий и самый эффективный поглотитель видимого света

Наноразмерная структура, которая в тысячи раз тоньше, чем обычный листок бумаги, способна снизить стоимость и повысить эффективность солнечных батарей, говорят ученые. Результаты исследования опубликованы в последнем выпуске онлайн журнала Nano Letters.

«Достижение полного поглощения видимого света при использовании минимального количества материала очень важно для многих областей мира технологий, особенно это касается сферы преобразования солнечной энергии в электричество, – уверена Стейси Бент, преподаватель химической инженерии в Стэнфорде и член исследовательской группы. – Наши результаты показывают, что чрезвычайно тонкий слой материала может поглотить почти 100 процентов падающего света определенной длины волны».

Если делать солнечные батареи тоньше, на их производство будет требоваться меньшее количество материала, что позволит снизить их стоимость. Проблема исследователей в том, чтобы уменьшить толщину панели, не ставя под угрозу ее способность поглощать и преобразовывать солнечный свет в экологически чистую энергию.

Для исследования команда Стэнфорда создала тонкие пластины, на которые нанесены триллионы круглых золотых частиц. Каждая золотая наноточка имеет размер около 14 миллимикронов в высоту и 17 миллимикронов в ширину.

Видимый спектр

Идеальная солнечная батарея смогла бы поглотить весь спектр видимого света от фиолетовых световых волн 400 миллимикронов длиной до красных волн 700 миллимикронов, а также невидимый ультрафиолетовый и инфракрасный свет. В ходе эксперимента ученый Карл Хэггланд и его коллеги смогли добиться поглощения 99 процентов красно-оранжевого света с длиной волны около 600 нанометров, сообщает phys.org.

Золотые наноточки изготавливались с использованием техники блок-сополимерной литографии. На каждой пластинке размещались около 520 миллиардов наноточек на квадратный дюйм (2,54 сантиметра квадратных). Под микроскопом структура напоминает соты.

«Сота» рекордно тонкого светопоглотителя; видны три золотые наноточки. Фото с сайта stanford.edu

Команда Хэггланда наносила тонкопленочное покрытие на пластины, используя процесс атомно-солевого осаждения.

«Это очень привлекательная для нас техника, потому что можно покрыть частицы однородно и управлять толщиной пластинки на атомном уровне, – говорит Хэггланд. – Это позволило нам настраивать систему, просто изменяя толщину покрытия вокруг точек.

Когда раньше строились подобные структуры, оптимальные условия для поглощения света не настраивались. Это один из новых аспектов в нашей работе».

Основная цель

Конечная цель, по словам Стейси Бент, – разработать усовершенствованные солнечные батареи и солнечные обогреватели с максимальным поглощением солнечного света при использовании минимального количества материала.

«Основное преимущество будет состоять в уменьшении необходимого количества материала для построения устройства», – сказала она. Но также ученые ожидают и повышения производительности – после того, как батареи соберут энергию, они будут производить электрический ток или стимулировать химические реакции.

Ученые также раздумывают над тем, чтобы производить наноточки из менее дорогих металлов.

«Мы выбрали золото, потому что оно наиболее химически устойчивое для нашего эксперимента, – сказал Хэггланд. – Хотя стоимость золота была фактически незначительной, серебро дешевле и лучше с оптической точки зрения, если вы хотите сделать хорошую солнечную батарею. Наше же устройство предполагает, в первую очередь, сокращение размеров».

Исследователи уже давно работают над сокращением толщины фотоэлемента в солнечной батарее, но до недавнего времени это считалось невозможным из-за того, что панель начинала просто пропускать солнечный свет из-за своей тонкости. Но теперь команда Хэггланда в шаге от успеха.

Источник: http://www.km.ru/science-tech/2013/08/13/issledovaniya-rossiiskikh-i-zarubezhnykh-uchenykh/718262-uchenye-sozdali-sam

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector