Энергия полного спектра
Солнечные батареи преобразуют в электричество лишь три четверти энергии, содержащейся в солнечном спектре, а четверть полностью теряется, поскольку инфракрасное излучение стандартные панели не поглощают.
Чтобы это излучение тепла не пропадало зря, исследователи разработали солнечные панели из чёрного кремния. Материал поглощает почти весь солнечный свет, включая инфракрасное излучение, и преобразует его в электричество.
Исследователям из Института телекоммуникаций общества Фраунгофера (ФРГ) уже сейчас удалось удвоить эффективность чёрных кремниевых солнечных элементов, они создали образцы, которые могут производить больше электроэнергии из инфракрасного спектра.
«Мы надеемся, что сможем повысить эффективность солнечных батарей, которая в настоящее время составляет приблизительно 17 процентов, на один процент», – говорит доктор Штефан Контерманн, который возглавляет исследовательскую группу «Наноматериалы для преобразования энергии».
При использовании обычного кремния ИК-излучению не хватает энергии, чтобы возбудить электроны в зоне проводимости и конвертировать их в электричество, но атомы серы, включённые в чёрный кремний, образуют своего рода промежуточный уровень.
Возбудить электроны в атомах серы проще, а если на такой атом с уже возбуждённым электроном придёт очередная волна инфракрасного излучения, то в результате этого двухступенчатого возбуждения электрон достигнет энергии, которая позволит ему «перескочить» на близлежащий атом кремния и «заставить» его генерировать электричество.
Но важным будет не только повышение эффективности, но и снижение перегрева фотоэлементов. Нагрев выше 25 градусов по Цельсию ведёт к падению КПД до 0,5% на градус, что в жаркие дни снижает эффективность батарей. Если же чёрный кремний будет преобразовывать инфракрасное излучение в электричество, скорость нагрева и его, и обычного кремния, работающего с ним в паре, будет куда ниже, а падение КПД сведётся к минимуму.
