Группа немецких физиков и инженеров сообщила о создании фотоэлемента с
рекордно высокой эффективностью. КПД новой разработки составляет 44,7
процента, что на 0,3 процента выше показателя представленного в июне
2013 года фотоэлемента, созданного специалистами компании Sharp.
Подробности приведены на официальном сайте Института солнечной энергии
Общества Фраунгофера.
Экспериментальный фотоэлемент площадью всего в 5,2 квадратных
миллиметра выдал ток в 192,1 миллиампера при напряжении до трех с
половиной вольт. Измеренное немецкими специалистами значение КПД
характеризует работу фотоэлемента при освещении концентрированным
солнечным светом: их разработка (как, впрочем и все аналогичные
устройства) обладает максимальной эффективностью при помещении в фокус
вогнутого зеркала. Собрав в 297 раз больше света, чем падает на
поверхность в обычных условиях и применив четырехуровневую схему
фотоэлемента, КПД солнечных батарей удалось вывести на ранее недоступный
уровень (плюс 0,3 процента к рекорду июня 2013 года и больше процента к
показателю немецкой группы в мае, 43,6 процента). Четырехуровневая
схема означает сочетание в одном устройстве четырех полупроводниковых
элементов, каждый из которых оптимизирован для поглощения квантов света с
определенной энергией. Так как солнечный свет имеет достаточно широкий
спектр, то применение всего одного полупроводникового перехода
малоэфективно: фотоны с большей или меньшей энергией окажутся
бесполезны. Наращивание числа полупроводниковых слоев, впрочем, тоже
имеет свои недостатки, самым очевидным из которых является возрастание
технологической сложности и стоимости устройства. В новой разработке
немецких специалистов применены два перехода с максимумом эффективности в
оптическом диапазоне и два рассчитанных на ближнее инфракрасное
излучение. Теоретически КПД солнечных батарей лимитирован как
ограниченной чувствительностью полупроводниковых элементов к энергии
квантов света, так и рядом других факторов. Идеальная батарея должна
быть совершенно черной, не греться и иметь равное нулю электрическое
сопротивление. Проведенные еще в 1980-х годах термодинамические расчеты
показали, что одноэлементные солнечные батареи в принципе не могут иметь
КПД выше 37 процентов, а сомнительная с точки зрения практической
реализации 36-уровневая схема не сможет выбраться за отметку в 76
процентов. Кроме того, системы фокусировки света тоже неидеальны и одна
лишь фокусирующая линза снижает теоретически возможный КПД со ста
процентов до 89. В качестве альтернативы солнечным батареям можно
использовать либо нагрев теплоносителя, который затем будет вращать
турбину (такая схема, впрочем, тоже далека от стопроцентной
эффективности), либо массив наноантенн. Наноантенны работают с
инфракрасными и световыми волнами так же, как обычные антенны с
радиоволной, то есть переводят колебания электромагнитного поля напрямую
в электрический ток.
Источник: http://gigamir.net/news/world/pub287687 |