Исследователи из Германии совершили потенциально революционный прорыв в области солнечной энергетики. Разработанная ими инновационная система сбора света может значительно повысить эффективность солнечных батарей.
Гибридное решение
Традиционные солнечные элементы, основанные на кремнии, упираются в два ключевых ограничения. Во-первых, они поглощают свет по всему видимому спектру, но делают это неэффективно. Во-вторых, для захвата достаточного количества фотонов им требуется большая толщина, что делает их громоздкими, дорогими и сложными для интеграции в здания и транспорт.
Тонкоплёночные солнечные элементы из органических красителей, напротив, легки и дешевы, однако они поглощают лишь узкий диапазон солнечного спектра, снижая общую эффективность.
Немецкие ученые из Университета Вюрцбурга предложили новый дизайн, который может решить обе эти проблемы. Система URPB смоделирована по образцу фотосинтетических антенн растений и бактерий, которые эффективно улавливают солнечный свет.
URPB состоит из четырех различных красителей, расположенных в строго определенном порядке. Благодаря такой организации, система эффективно поглощает свет в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Название URPB отражает спектр поглощения каждого слоя: ультрафиолетовый (Ultraviolet), красный (Red), пурпурный (Purple) и синий (Blue).
В лабораторных тестах система URPB преобразовала 38% поступающего света в полезную энергию. Это значительно выше, чем эффективность отдельных красителей, которая достигает максимума всего в 3%.
Стоит отметить, что данное исследование – не единственная попытка повысить эффективность солнечных батарей. Однако существующие технологии приближаются к своему пределу. Например, недавнее турецкое исследование продемонстрировало полусферическую структуру солнечных батарей, способную улавливать на 66% больше света по сравнению с плоскими панелями. Но эта технология пока находится на стадии компьютерного моделирования.
В 2023 году ученые пытались улучшить традиционные кремниевые солнечные элементы, добавив сверху слой перовскита. Это соединение поглощает другие длины волн света, теоретически повышая КПД до 30% – важного рубежа для глобального распространения солнечной энергетики.
Как и всегда, переход от лабораторных достижений к массовому производству – сложный процесс. Прежде чем говорить о настоящей революции, необходимы дальнейшие исследования и практическая реализация.
Исследование опубликовано в журнале Chem.
