Ogniwa słoneczne jak diody LED

Najbardziej produktywne panele słoneczne są wytwarzane, tak aby pochłaniały możliwie najwięcej światła. Nowe badania wykazują także, że można je konstruować na wzór diod LED, które są w stanie nie tylko absorbować światło, ale także je emitować. Efekty pracy amerykańskiego zespołu będą przedstawione w czasie Conference on Lasers and Electro Optics, która będzie mieć miejsce w maju.

Udowodniliśmy, że im więcej fononów emituje panel słoneczny, tym bardziej zwiększa się napięcie i jego wydajność – twierdzi Eli Yablonovitch, kierujący grupą badawczą

Już od ponad 50 lat naukowcy wiedzą, że w idealnych (czysto hipotetycznych) warunkach ilość możliwej do pobrania energii z panelu słonecznego jest ograniczona. Limit wynosi 33.5%. Znaczy to, że 33.5% energii z fotonów może być pobrana i zmieniona w energię

Przez te pięć dekad naukowcy nie byli w stanie zbliżyć się do tego poziomu. W 2010 r. skonstruowano panel, którego wydajność wynosi 26%. Naukowcy przez dłuższy czas nie mogli zrozumieć, dlaczego istnieje tak duża różnica między teoretycznym a rzeczywistym limitem. Teraz badają dość niezwykłą, ale w zasadzie prostą matematyczną regułę dot. zależności absorpcji i emisji światła.

Istnieje termodynamiczny relacja między absorpcją i emisją. Projektowanie ogniw słonecznych, tak aby emitowały światło (bez utraty fotonów w komórce), powoduje naturalne zwiększenie napięcia wytwarzanego przez ogniwo słoneczne. Bateria słoneczna, która jest dobrym emiterem światła, jest jednocześnie generatorem wyższego napięcia, które z kolei zwiększa ilość energii elektrycznej pobranej z promieni słonecznych. Choć idea mówiąca, że napięcie i emisja światła są współzależne nie jest nowa, to do tej pory nikt nie wykorzystywał jej przy konstrukcji paneli słonecznych.

W zeszłym roku, firma Alta Devices, współfinansowana przez Yablonovitch, stworzyła prototypowe ogniwo słoneczne wykonane z arsenku galu, materiału często używanego przy produkcji ogniw słonecznych w satelitach. Prototyp pobił rekord, a jego skuteczność wyniosła 28,3%. Firma osiągnęła ten etap, w części, poprzez projektowanie komórkę, aby światło uciec tak łatwo, jak to możliwe z komórki - z wykorzystaniem technik, które obejmują, na przykład, zwiększając współczynnik odbicia w lusterku, który wysyła przychodzących fotony z powrotem przez z przodu urządzenia.

Ogniwa słoneczne wytwarzają energię elektryczną gdy fotony uderzają w materiał półprzewodnikowy w komórce. Energia z fotonów „wybija" swobodne elektrony z tego materiału, powodując ich na swobodny przepływ elektronów. Ten proces może generować także nowe fotony, to luminescencja. Ideą nowego projektu ogniwa słonecznego jest to, że te nowe fotony - które nie pochodzą bezpośrednio z promieniowania słonecznego - powinny mieć możliwość „ucieczki" z komórki tak łatwo, jak to możliwe.

Początkowo najbardziej odpowiednie wydaje się umożliwienie ucieczki jak największej ilości, by mogły wygenerować kolejne. Jednak, jak wynika obliczeń, lepiej pozwolić im „uciec" W ten sposób zwiększa się napięcie. "

Być może to jest właśnie sposób na zwiększenie wydajności ogniw słonecznych.