Rus G

Наночастицы перспективны для существенного повышения эффективности солнечных батарей.

Май / июнь 2010

TR10: Свето-захватная Фотогальваника

Наночастицы перспективы повышения солнечной электростанции.

По Боб Джонстон

В 1995 году, заканчивая свою степень бакалавра в области физики, Кайли Катчпол решил рискнуть на поле, который был почти умирающий: фотогальванических элементов. "Был смысле, что я мог бы быть когда-либо трудности занято", вспоминает она. Но ее играть свои плоды. В 2006 Катчпол, то постдок, обнаружил что-то открыл дверь, чтобы сделать тонкопленочных солнечных элементов значительно более эффективным при преобразовании света в электроэнергию. Это заранее, что может помочь сделать солнечную энергию более конкурентоспособной с ископаемым топливом.

Тонкопленочных солнечных батарей, которые сделаны из полупроводниковых материалов, как аморфный кремний или теллурида кадмия, дешевле в производстве, чем обычные солнечные батареи, которые изготовлены из сравнительно толстые и дорогие пластины кристаллического кремния. Но они также менее эффективны, потому что, если ячейка тоньше, чем длина волны света входящих длинная, что свет имеет меньше шансов быть поглощенным и преобразуется. Всего в нескольких микрон толщиной тонкопленочных клетки слабо поглощают волны в ближней инфракрасной части спектра, что энергия теряется. В результате этого тонкопленочных фотогальванических конвертировать 8 до 12 процентов входящего света в электричество, в сравнении с 14 до 19 процентов для кристаллического кремния. Таким образом, более крупных конфигураций нужны для того, чтобы произвести такое же количество электроэнергии, что ограничивает количество мест технология может быть использована.

Кэтчпол, который в настоящее время научный сотрудник Австралийского национального университета в Канберре, начал работать над этой проблемой в 2002 году в Университете Нового Южного Уэльса в Сиднее. "Это был случай" начинается в начале: вы можете думать о совершенно иной способ сделать солнечные батареи? Говорит она. "Одна из вещей, я наткнулся был плазмоники - глядя на странные оптические свойства металлов".

Плазмонов тип волны, движется по электронов на поверхности металла, когда они возбуждаются падающего света. Другие пытались использования плазмонных эффекты для создания обычных батарей кремния более эффективным, но никто не пытался его тонкопленочных солнечных элементов. Катчпол обнаружили, что наночастицы серебра она наносится на поверхность тонкой пленки кремния солнечного элемента, не отражает свет обратно, что упал прямо на них, а что произойдет с зеркалом. Вместо этого, плазмонов, образуется на поверхности частиц отклоняется фотонов с тем чтобы они отскочил назад и вперед внутри клетки, что позволяет длинноволновую быть поглощенным.

Катчпол Экспериментальные устройства производят 30 процентов больше, электрического тока, чем обычные кремниевые тонкопленочные клеток. Если Катчпол можно интегрировать ее наночастиц технологии процессов, используемых для массового производства тонких пленок на коммерческой основе, это может изменить баланс технологий, используемых в солнечных батареях. Тонкопленочных фотогальванических может не только получить рынке (в настоящее время они имеют только 30 процентов рынка в Соединенных Штатах), а устойчивый экономический рост в отрасли солнечной энергетики в целом.

До сих пор, кремний был проигрывает теллурида кадмия в качестве материала для выбора тонкопленочных солнечных элементов. (First Solar, лидером рынка, планирует гигаватт масштабе солнечных ферм, которые будут использовать теллурида кадмия и тонкопленочной технологии, чтобы доставить как можно больше электроэнергии, как и обычные электростанции.) Но теллура редкий материал, и эксперты сомневаются в том поставки будет поддерживать такие грандиозные амбиции. "Там просто не хватает теллур, чтобы существенная разница тому, как энергия мирового производства", говорит Катчпол. "Кремний пути идти.

Катчпол был обращаются компании, но она хочет, чтобы уточнить технологию перед дальнейшей коммерциализации ее. Между тем, исследователи Суинберн технологического университета в Мельбурне сотрудничают с Suntech Power, один из крупнейших мировых производителей кремниевых солнечных элементов, на плазмонных кремниевых тонкопленочных клеток своих собственных. плазмонных батарей компании, как ожидается, будет готова к производству в течение четырех лет.