Efisiensi fotosel sel surya meningkat menjadi 17,8%

Struktur skematik fotosel nanowire Para

peneliti dari Universitas Teknis Eindhoven (Belanda) mencatat rekor baru untuk efisiensi fotosel dengan nanowire: 17,8%. Ini adalah jenis sel surya yang relatif baru yang ditemukan kurang dari satu dekade lalu. Dalam waktu sesingkat itu, ia berhasil mendekati jenis sel surya lapis tunggal tradisional secara efisien.

Kemajuan yang begitu cepat mengindikasikan bahwa fotosel nanowire adalah teknologi yang sangat menjanjikan. Para penemu berbicara tentang ini sejak awal. "Fokus" foton melalui kawat nano terlihat sangat menggoda sehingga seseorang dapat memimpikan peningkatan efisiensi yang dramatis.


Photocell dengan nanofibre berdiri dari gallium arsenide. Foto: Niels Bohr Institute Nanotechnology Centre (Denmark)

Tidak seperti jenis fotosel lainnya, fotosel nanowire tidak terdiri dari lapisan padat padat, tetapi dari grid serat vertikal dengan ketebalan masing-masing sekitar 200 nanometer.

Pada 2013, Peter Krogstrup dari Niels Bohr Institute Nanotechnology Centre (Denmark) bersama dengan para ilmuwan dari Lausanne Federal Polytechnic School (Swiss) membangun prototipe sel surya ( pdf ) dengan luas 1 mm ²dengan nanofibre berdiri dari gallium arsenide. Di bawah sinar matahari normal, arus yang sesuai dengan 24,6 mA per sentimeter persegi permukaan telah dihapus dari fotosel. Bahkan, nanofibers berdiri memusatkan cahaya dari area 15 kali total penampang.

Indikator fenomenal tersebut dijelaskan oleh resonansi gelombang cahaya yang terlihat, yang panjangnya kurang dari penampang serat yang berdiri. Menghadapi serat yang berdiri, gelombang tetangga memasuki resonansi. Kisi serat berdiri sebagai penyedot debu "menyebalkan" cahaya sekitar ke dalam dirinya sendiri.

KhKnstn: , . — 100 /². , 2016 , 34,5 /².

15 . , , . , .

Jika kita menerima "kecurangan" dengan resonansi, maka nanofibers umumnya harus mengatasi batas dasar Shockley-Quisser , yaitu 33,7% untuk sel dengan satu pn junction, 42% untuk sel dua lapisan, 49% untuk tiga lapisan, dan 68% untuk sel hipotetis dengan tak terbatas jumlah lapisan.

Efisiensi pemecahan rekor berbagai jenis sel surya, 1976-2016


Segera setelah prototipe pertama, ilmuwan lain mulai bereksperimen dengan fotosel nanowire nyata. Efisiensi elemen-elemen tersebut mulai tumbuh dengan cepat.

Sekarang sekelompok peneliti dari Technical University of Eindhoven untuk pertama kalinya menunjukkan dalam kondisi nyata efisiensi fotosel nanowire 17,8%. Menurut para peneliti, ini jauh dari batas. Para penulis karya ilmiah, Dick van Dam (Dick van Dam) dan Inchao Tsui (Yingchao Cui) yakin bahwa catatan itu akan cepat jatuh. Mereka memperkirakan bahwa ambang batas efisiensi 20% akan diatasi dalam dua tahun. Peningkatan efisiensi ini disebabkan oleh karya teoritis fisikawan yang menghitung bentuk dan diameter nanofibers yang lebih efisien, serta posisi relatif mereka. Prestasi mereka justru dalam optimalisasi "hutan" nanofibers, yang telah mengurangi jumlah cacat.

Rekor pencapaian sebelumnya untuk jenis sel surya ini adalah 15,3%. Hasil ini ditunjukkan oleh para peneliti dari University of Lund (Swedia). Dipercayai bahwa batas efisiensi teoritis untuk fotosel nanowire adalah 46%, yaitu, jauh di atas batas Shockley-Kweisser mendasar untuk elemen tradisional di mana efek resonansi tidak terlibat.

Para ilmuwan menekankan bahwa keuntungan lain dari fotosel nanowire adalah biaya teoretis yang rendah dalam produksi massal, bahkan dibandingkan dengan teknologi puluhan tahun yang lama untuk pembuatan fotosel tradisional. Keuntungan penting adalah bahan yang dibutuhkan lima kali lebih sedikit untuk membuat sel baru. Tidak hanya lebih murah dan hemat energi. Semakin sedikit material, semakin sedikit cacat dan banyak yang rusak. Setidaknya secara teoritis.

Agar fotosel nanowire menjadi menarik secara komersial, mereka harus dibandingkan dengan elemen konvensional dalam biaya dan efisiensi. Untuk melakukan ini, Anda harus membawa efisiensi setidaknya 25% dan meningkatkan proses teknis pembuatannya. Pengurangan biaya lebih lanjut dapat dicapai dengan beralih dari penggunaan logam langka, seperti gallium arsenide dan indium phosphide, ke silikon yang lebih umum. Cara lain untuk mengurangi biaya adalah penemuan proses teknologi untuk produksi sel surya tanpa menggunakan substrat yang tebal.

Pada 17 Oktober 2016, Dick van Dam menerima gelar doktor (PhD) dari Eindhoven University of Technology untuk karyanya dalam perhitungan dan pembuatan fotosel nanowire dengan efisiensi berulang. Sayangnya, disertasi doktoralnya tidak dipublikasikan dalam domain publik. Sampai ulasan dan publikasi independen dari artikel ilmiah dalam jurnal resmi, penulis menahan diri untuk tidak mengungkapkan rincian teknis dari penemuan ini.

Dalam siaran pers Universitas menekankan bahwa Dr. van Dam dikenal sebagai pemenang musim kuis televisi dari Met dari het adalah dengan Mes Tekan op Tafel , yang menggabungkan poker dan pengetahuan.

Source: https://habr.com/ru/post/id398483/