Loading

Черный кремний расширяет спектр солнечных панелей

Создано 04.10.2012 13:07
Автор: Алексей Норкин

Структура черного кремния

Фотоэлектрические панели, преобразующие энергию солнечного света в электричество все еще не столь эффективны, как хотелось бы. Причин много, и многие ученые трудятся над решением важной задачи. Обычные солнечные элементы способны улавливать лишь три четверти спектра солнечного излучения. Инфракрасная составляющая до сих пор оставалась за гранью их возможностей. Ученые из Института Фраунгофера нашли способ расширить рабочий спектр солнечных панелей. Они предлагают использовать для этих целей так называемый черный кремний.

Черный кремний – лабораторная форма кремния. Ее получают с помощью лазера. Обычный серый кремний облучает лазерными импульсами в атмосфере содержащей серу. В результате воздействия лазера сера внедряется в атомную решетку и изменяется структура поверхности кремния.

Под микроскопом поверхность черного кремния напоминает фантастический пейзаж из остроконечных горных вершин. У склонов этих вершин огромная суммарная площадь поверхности, способная уловить практически весь свет, падающий на образец. Это и обуславливает его черный цвет.

О потенциальной возможности черного кремния увеличить долю сбора энергии было известно давно, примерно с 2000 года. Однако на практике создать рабочий элемент пока не удавалось. Причина – в особенностях физических процессов преобразования энергии фотонов в электрический ток.

Спектр электромагнитных излучений

Обладающий большой энергией фотон возбуждает электроны, образующие электрический ток. В инфракрасном участке спектра энергия фотонов недостаточна для возбуждения электронов обычных солнечных элементов. Электроны черного кремния возбуждаются от воздействия инфракрасного излучения, но при этом, чем больше образуется активных электронов, тем больше из возвращается в исходное состояние.

Ученым из Института Фраунгофера удалось разорвать замкнутый круг. «Мы добились этого, изменяя форму лазерного импульса используемого для облучения кремния», - объясняет доктор Штефан Контерманн (Stefan Kontermann), руководитель исследовательской группы «Наноматериалы для преобразования энергии».

Чтобы объяснить, как работает их изобретение, Контерманн сравнивает процесс получения электроэнергии с подъемом вверх по скале. Преодолеть ее за один раз очень трудно. Но если на скале есть площадка для отдыха, то шансы на успех повышаются. Атомы серы создают дополнительный энергетический уровень, который используется электронами.

«Мы применили лазерные импульсы для изменения положение серы в решетке, чтобы максимально увеличить количество электронов, которые могут подняться вверх, при сведении к минимуму числа тех, что могут вернуться вниз», - пояснил Контерманн.

Ученые модифицировали лазерные импульсы и исследовали, каким образом они влияют на свойства черного кремния и солнечных батарей из него. В будущем они надеются найти решение, позволяющее автоматически подстраивать форму импульсов для достижения максимальной эффективности.

Исследователи успешно построили прототипы солнечных элементов из черного кремния. Сейчас они работают над разработкой простого способа, который позволил бы внедрить черный кремний в работающие коммерческие проекты. «Мы надеемся, что сможем повысить эффективность коммерческих солнечных батарей на один процент, комбинируя их с черным кремнием», - заявил доктор Контерманн.

Кроме того, планируется выпуск на рынки лазерной системы, которую смогли бы использовать производители солнечных панелей, для внедрения черного кремния в свою продукцию в качестве стандартного материала.

По материалам Fraunhofer

Комментарии: