Методи визначення ккд сонячного елемента живлення.
Група вчених Університету Техасу в Остіні (США) під керівництвом професора Сяо Ян Жу (Xiaoyang Zhu) показала, що кількість електронів, отриманих з одного фотона сонячного світла, можна подвоїти за рахунок використання полімерних напівпровідникових матеріалів на основі пентацену.
Максимальний теоретично можливий ККД сучасних кремнієвих сонячних батарей становить близько 31%. Це обумовлено тим, що більша частина поглинається сонячної осередком енергії («гарячі електрони») занадто висока, і втрачається у вигляді тепла. Використання «гарячих електронів» може збільшити ефективність сонячних батарей, а захопити такі електрони можна за допомогою напівпровідникових нанокристалів.
В ході експериментів вчені виявили, що світло виробляє тіньові фотони, з яких можна ефективно захопити два електрони, і, отже, підвищити ефективність виробництва енергії в напівпровідниковому пентацене. Цей матеріал має ще ряд переваг: низьку вартість, широкі можливості для молекулярного дизайну і синтезу.
Новий метод дає можливість досягти ККД 44%, не фокусуючи промінь, що потрапляє на поверхню кремнієвих сонячних батарей. У перспективі нове відкриття дозволить підвищити ефективність перетворення сонячної енергії в електричну до 66%.
Дослідження проводились за фінансової підтримки Національного наукового фонду і Міністерства енергетики США. Результати роботи опубліковані в журналі Science.
Вчені Стенфордського університету запропонували новий метод підвищення ефективності сонячних елементів живлення. Група студентів під керівництвом професора Стейсі Бент (Stacey Bent) за участю ад'юнкт-професора відділення матеріалознавства Майкла МакГі (Michael McGehee) виявили, що ККД фотоелемента значно зростає, якщо його покрити шаром спеціального органічного з'єднання завтовшки кілька нанометрів. Результати досліджень опубліковані в журналі ACS Nano.
Принцип дії сонячних батарей добре відомий, він базується на напівпровідниковому pn переході. При поглинанні фотона в області, що прилягає до pn переходу, створюється пара носіїв заряду, електрон і дірка, одна з цих частинок з великою ймовірністю проникає через перехід. Для відділення електрона і дірки потрібна певна енергія, її величина залежить від поглинаючого матеріалу і довжини світлової хвилі. Кремнієві фотоелементи не можуть дати ККД більше 31%, а ось осередки на квантових діри - можуть, і до того ж вони значно дешевше, адже формувати квантові діри можна за допомогою простих хімічних реакцій. Більш того, за рахунок використання квантових дірок різних розмірів можна створювати батареї, що поглинають світло різної довжини хвилі.
Саме ці фотоелементи і взялися вдосконалити Стендфордські вчені.Напівпровідник з діоксиду титану, який є основою сонячної батареї, вони покрили тонким шаром органічної сполуки, молекули якого мають властивість самозбірки, тобто при зовнішньому впливі на матеріал молекули в ньому шикуються в певному порядку. Виявилося, що за рахунок цього органічний матеріал перешкоджає рекомбінації електрона і дірки, причому ефект не залежить від складу органічних молекул, а виключно від їх довжини.
Це відкриття дає можливість за рахунок додаткового покриття фотоелемента шаром органіки товщиною всього кілька нанометрів підвищити ККД сонячної батареї, за оцінкою вчених, втричі. Зараз група продовжує дослідження, експериментуючи з різними органічними матеріалами та формою фотоелементів.
Виснаження мінеральних ресурсів, глобальний дефіцит енергії змушує людство все ширше застосовувати альтернативні джерела енергії. Найбільш перспективним для середньої смуги Росії альтернативним джерелом енергії є Сонце.
При проектуванні систем живлення на основі сонячних батарей виникає завдання дотримання балансу між площею сонячної батареї і надійності роботи пристрою. Чим менше площа сонячної батареї, тим менше ціна виробу і його габарити. Енергетична освітленість поверхні сонячної батареї змінюється протягом тривалого часу, на поверхні сонячної батареї осідає пил, все це знижує генерується потужність батареї.
Для ефективного проектування джерел живлення на основі сонячних батарей необхідно визначити енергетичну освітленість поверхні і вплив зовнішніх факторів на генерується потужність.
На кафедрі промислової електроніки була розроблена система вимірювання потужності, що генерується сонячної батареї та енергетичної освітленості поверхні структурна схема представлена на малюнку.
