Шахматный рисунок на солнечных панелях сделал их эффективнее
Нанесение мозаичного рисунка на солнечную панель может существенно увеличить ее эффетивность
«Мы нашли простое решение увеличения поглощающей способности тонких солнечных элементов», — заявил исследователь фотогальваники Кристиан Шустер из Йоркского университета.
По словам ученых, до сих пор похожие попытки с использованием простых конструкций решеток давали лишь незначительное улучшение поглощения энергии солнечного света. Это привело к появлению более сложных структурных изменений, не говоря уже о всевозможных альтернативных конструкциях на основе солнечных батарей, включая анти-солнечные панели, светособирающие водоросли и прозрачные солнечные элементы.
Хотя каждое отдельное открытие — это собственное законное продвижение к миру, менее зависящему от ископаемого топлива, Шустер и его команда уверены, что даже очень простые изменения в существующей технологии солнечных элементов могут значительно увеличить нашу способность получать энергию от Солнца.
Вместо того, чтобы рассматривать новые структурные конструкции, основанные на естественных текстурах или вычислительных алгоритмах, исследователи сосредоточились на определении того, какие основные теоретические соображения позволят создать оптимальный узор для рассеяния и дифракции солнечного света.
Их цель заключалась в том, чтобы солнечный элемент поглощал больше энергии, улавливая больше солнечного света и меньше отражая его от себя.
Новая модель предполагает, что линии решетки, расположенные в простой периодической квазислучайной структуре, оптимизируют работу так называемой «фотонной области»: области внутри фотонной структуры, в которой базовый дифракционный элемент периодически размещается одномерным образом.
Li et al., Optica, 2020
В ходе эксперимента команда смоделировала производительность фотонного домена с шахматным рисунком, сделанного из пластины кристаллического кремния толщиной всего 1 микрометр (в несколько раз тоньше нити паутины), и сравнила ее с другими видами конструкций солнечных элементов: с простой плоской ячейкой, а также с решеткой с вертикальными, перекрещенными и другими разновидностями линий.
Результаты показали, что паттерн шахматной доски с произвольным вращением ее повторяющихся элементов генерирует больше тока, чем любой другой вид рисунка. Он позволяет получать примерно на 125% больше энергии, чем обычный солнечный элемент. Кроме того, из-за простоты исполнения «шахматный» дизайн может быть проще в производстве в промышленном масштабе, а также более надежен, чем более сложные образцы наноструктурированных солнечных элементов.
«Эта конструкция предлагает потенциал для дальнейшей интеграции солнечных элементов в более тонкие и гибкие материалы и, следовательно, создает больше возможностей для использования солнечной энергии в самых разных устройствах», — пишут ученые.
