Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Lehigh ανέπτυξαν ένα υλικό με τη δυνατότητα να αυξήσει δραματικά την απόδοση των ηλιακών συλλεκτών.
Η ερευνητική ομάδα παρουσίασε ένα πρωτότυπο που χρησιμοποιεί ένα κβαντικό υλικό ως ενεργό στρώμα σε ένα ηλιακό κύτταρο. Αυτό το υλικό παρουσίασε φωτοβολταϊκή απορρόφηση 80% και εξωτερική κβαντική απόδοση έως και 190%. Αυτή θα ήταν μια θαυμάσια επανάσταση για τον τομέα της εναλλακτικής ενέργειας, ακόμη και αν η διαδικασία εκβιομηχάνισης μπορεί να είναι ιδιαίτερα μακρά.
Αυτή η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ και τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο Science Advances
Αυτό το κατόρθωμα είναι αξιοσημείωτο επειδή ξεπερνά το θεωρητικό όριο που έχει τεθεί από την απόδοση Shockley-Queisser για τα παραδοσιακά ηλιακά κύτταρα με βάση το πυρίτιο. Συγκριτικά, τα συμβατικά ηλιακά κύτταρα έχουν μέγιστο EQE 100%.
«Αυτή η εργασία αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός στην κατανόηση και την ανάπτυξη λύσεων βιώσιμης ενέργειας. Υπογραμμίζει καινοτόμες προσεγγίσεις που θα μπορούσαν να επαναπροσδιορίσουν την αποδοτικότητα και την οικονομική προσιτότητα της ηλιακής ενέργειας στο εγγύς μέλλον», δήλωσε ο Chinedu Ekuma, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Lehigh και συγγραφέας της έρευνας.
Η δραματική βελτίωση της απόδοσης του υλικού οφείλεται σε ένα μοναδικό χαρακτηριστικό που ονομάζεται «ενδιάμεσες καταστάσεις ζώνης». Αυτές οι καταστάσεις ενδιάμεσης ζώνης αναφέρονται σε συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας εντός της ηλεκτρονικής δομής του υλικού, τοποθετημένα ώστε να είναι ιδανικά για τη μετατροπή του φωτός σε ενέργεια.
Σε αυτό το νέο υλικό, οι καταστάσεις ενδιάμεσης ζώνης του επιτρέπουν να συλλαμβάνει την ενέργεια φωτονίων που χάνεται από τα παραδοσιακά ηλιακά κύτταρα. Παρά τα ποσοστά EQE έως και 100%, τα παραδοσιακά κύτταρα χάνουν φωτονική ενέργεια μέσω της ανάκλασης και της θερμότητας.
Η ομάδα εκμεταλλεύτηκε «τρύπες van der Waals», ατομικά μικρούς χώρους ανάμεσα σε στρώματα δισδιάστατων υλικών. Εισήγαγαν μηδενικά άτομα χαλκού ανάμεσα σε στρώματα ενός δισδιάστατου υλικού αποτελούμενου από σεληνιούχο γερμάνιο και θειούχο κασσίτερο. Αυτό αύξησε απίστευτα την αποτελεσματικότητα του κυττάρου.
Εξετάστε δύο λεπτά (δισδιάστατα) φύλλα υλικού με μικροσκοπικά κενά που ονομάζονται κενά van der Waals. Για να γίνουν πιο αποτελεσματικά, οι ερευνητές εισήγαγαν μηδενικά άτομα χαλκού σε αυτά τα κενά, αυξάνοντας την απόδοση του κυττάρου.
Σχηματική παράσταση ηλιακού στοιχείου λεπτής μεμβράνης με ενεργό στρώμα Cu-GeSe/SnS. (Πηγή: Ekuma Lab/ Lehigh University)
Δημιουργήθηκε ένα προηγμένο πρωτότυπο
Μετά από εκτενή υπολογιστική μοντελοποίηση του συστήματος, η Ekuma ανέπτυξε το λειτουργικό πρωτότυπο
«Η ταχεία απόκρισή του και η βελτιωμένη απόδοση υποδεικνύουν έντονα τη δυνατότητα του Cu-intercalated GeSe/SnS ως κβαντικού υλικού για χρήση σε προηγμένες φωτοβολταϊκές εφαρμογές, προσφέροντας μια διαδρομή για τη βελτίωση της απόδοσης στη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας», είπε. Σύμφωνα με την Ekuma, είναι ένας πολλά υποσχόμενος υποψήφιος για την ανάπτυξη ηλιακών κυψελών επόμενης γενιάς υψηλής απόδοσης.
Η ενσωμάτωση αυτού του νέου υλικού σε υπάρχοντα συστήματα ηλιακής ενέργειας θα απαιτήσει πρόσθετες προσπάθειες έρευνας και ανάπτυξης. Ωστόσο, ο Ekuma τόνισε ότι η πειραματική τεχνική που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία αυτών των υλικών είναι ήδη πολύ προηγμένη. Με τον καιρό, οι επιστήμονες έχουν τελειοποιήσει μια μέθοδο που εισάγει άτομα, ιόντα και μόρια σε υλικά με ακρίβεια.
Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας, το 2023, μόνο τα ηλιακά φωτοβολταϊκά θα αντιπροσωπεύουν τα τρία τέταρτα των προσθηκών ισχύος ανανεώσιμων πηγών ενέργειας παγκοσμίως. Το 2022, η παραγωγή ηλιακών φωτοβολταϊκών αυξήθηκε κατά 26%, φτάνοντας σχεδόν τις 1.300 TWh. Αυτό έδειξε τη μεγαλύτερη απόλυτη ανάπτυξη παραγωγής όλων των τεχνολογιών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας το 2022, ξεπερνώντας τον άνεμο για πρώτη φορά στην ιστορία.
Χάρη στο κανάλι μας στο Telegram, μπορείτε να ενημερώνεστε για τη δημοσίευση νέων άρθρων Οικονομικών Σεναρίων.
Το άρθρο Νέο υλικό που βασίζεται στην κβαντική έρευνα βελτιώνει την απόδοση των ηλιακών πάνελ κατά 80% προέρχεται από Οικονομικά Σενάρια .
Αυτή είναι μια αυτόματη μετάφραση μιας ανάρτησης που δημοσιεύτηκε στο Scenari Economici στη διεύθυνση URL https://scenarieconomici.it/nuovo-materiale-basato-sulla-ricerca-quantistica-migliora-lefficienza-dei-pannelli-solari-dell80/ στις Thu, 11 Apr 2024 09:00:40 +0000.