Etsing av et enkelt mønster på solcellepaneler øker lysabsorpsjonen med 125 %, viser studie

(Li et al., Optica, 2020)

Solcellepanelertilbyr et stort potensial for å flytte flere mennesker bort fra elektrisitet generert fra brenning av kull, og en ny innovasjon utviklet av forskere er mer enn dobletlys fanget av konvensjonelle solceller.

I en ny studie oppdaget et team av forskere fra Storbritannia, Portugal og Brasil at etsing av et grunt mønster av gitterlinjer i et sjakkbrettdesign på solceller kan øke strømmen som genereres av krystallinsk silisium (c-Si) med så mye som 125 prosent.

'Vi fant et enkelt triks for å øke absorpsjonen av slanke solceller,' forklarer solcelleforsker Christian Schuster fra University of York.



'Undersøkelsene våre viser at ideen vår faktisk konkurrerer med absorpsjonsforbedringen til mer sofistikerte design - samtidig som den absorberer mer lys dypt i planet og mindre lys nær selve overflatestrukturen.'

(Dr Davide Zecca)

Til nå har sammenlignbare forsøk med enkle gitterdesign bare gitt marginale gevinster i sollysabsorpsjon, sier teamet.

Dette har ført til flereteoretisk kompliserte strukturelle justeringer, for ikke å nevne alle slags alternative solcellebaserte design, inkludertanti-solcellepaneler,lyshøstende alger, ogtransparente solceller.

Mens hver eneste oppdagelse er sin egen legitime fremgang mot en verden som er mindre (og til slutt ikke) avhengig av fossilt brensel, sier Schuster og teamet at selv svært enkle justeringer av eksisterende solcelleteknologi kan øke vår evne til å høste kraft fra solen betydelig.

I stedet for å se på nye strukturelle design basert på naturlige teksturer eller beregningsalgoritmer, fokuserte forskerne i stedet på å identifisere hvilke grunnleggende teoretiske hensyn som ville muliggjøre et optimalisert mønster for spredning og diffraksjon av sollys.

Målet deres var å få en solcelle til å absorbere mer energi ved å fange mer sollys, samtidig som den reflekterte mindre bort fra seg selv.

Modelleringen deres antyder at gitterlinjer, arrangert i enkel periodisk, kvasi-tilfeldig struktur optimaliserer ytelsen til en 'fotonisk domene' : området innenfor en fotonisk struktur der et grunnleggende diffraktivt element periodisk er arrangert på en endimensjonal måte.

I et eksperiment simulerte teamet ytelsen til et sjakkbrett-mønstret fotonisk domene, laget av en krystallinsk silisiumplate bare 1 mikrometer tykk (flere ganger tynnere enn en tråd av edderkoppnettsilke), og sammenlignet den med andre typer solcelledesign. inkludert en vanlig plan celle, vertikale gitterlinjer, kryssede linjer og andre.

(Li et al., Optica, 2020)

Resultatene antydet at sjakkbrettet med randomiserte rotasjoner av de repeterende enhetene genererer mer strøm enn noen av de konkurrerende cellene, og genererer omtrent 125 prosent så mye som en konvensjonell solcelle uten en gitterlinjedesign.

I tillegg, på grunn av sin iboende enkelhet, sier teamet at sjakkbrettdesignet kan være enklere å produsere i industriell skala, og også mer robust enn andre mer komplekse nanostrukturerte solcellemønstre.

'Vår designregel oppfyller alle relevante aspekter av lysfangst for solceller, og baner vei for enkle, praktiske og likevel enestående diffraktive strukturer, med en potensiell innvirkning utover fotoniske applikasjoner,' sier Schuster .

'Denne designen gir potensial til å integrere solceller ytterligere i tynnere, fleksible materialer og dermed skape flere muligheter til å bruke solenergi i flere produkter.'

Forskerne erkjenner at deres modellerte resultater kan levere noe mindre imponerende i den virkelige verden, når fabrikasjonstiltak er på plass, avhengig av visse materialer som brukes til å produsere og innkapsle cellene. Endring av etsningsdybden eller størrelsen på platene vil også ha en effekt.

Likevel sier teamet at designprinsippene de har pekt på her kan føre til positive effekter i solcelledesign, og også i relaterte områder som også er avhengige av forstyrrende fysiske funksjoner i likhet med lysdiffraksjon, for eksempel akustiske støyskjermer, vindbrytepaneler , anti-skli overflater og mer.

Videre, ved å produsere slike tynne solceller med sjakkbrettdesign, kan kostnadseffektiviteten til ressursene som brukes til celleproduksjon være ti ganger, mener teamet.

'I prinsippet vil vi bruke 10 ganger mer solenergi med samme mengde absorbermateriale,' sier Schuster .

'Ti ganger tynnere solceller kan muliggjøre en rask utvidelse av solceller, øke solenergiproduksjonen og redusere karbonavtrykket vårt betydelig.'

Funnene er rapportert i Optikk .

Populære Kategorier: Samfunn , Mennesker , Fysikk , Helse , Tech , Rom , Forklarer , Mening , Ukategorisert , Miljø ,

Om Oss

Publisering Av Uavhengige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Helse, Rom, Natur, Teknologi Og Miljø.