Ηλιακά πάνελ με υλικά σκέδασης φωτός για ενίσχυση της ηλιακής απόδοσης
Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων ανέπτυξε μια δομή νανοσωματιδίων η οποία, όταν προστέθηκε σε ένα ηλιακό κύτταρο, αποδείχθηκε ότι διασκορπίζει το φως και δυνητικά το ανακλά πολλές φορές μέσα στην κυψέλη, συμβάλλοντας σε αξιοσημείωτη αύξηση της ηλιακής ενέργειας στα ηλιακά πάνελ.
Οι επιστήμονες στο Penn State ανακάλυψαν ότι υλικό σκέδασης φωτός θα μπορούσε να βελτιώσει την απόδοση του περοβσκίτη στα ηλιακά πάνελ.
Μια σειρά από διαφορετικά πρόσθετα και επιπλέον στρώματα θα μπορούσαν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο μια επιφάνεια ηλιακής κυψέλης αλληλεπιδρά με το φως, και έτσι να βελτιώσουν την απόδοσή της. Μεταξύ αυτών είναι η σκέδαση φωτός, όπου το φως του ήλιου χτυπά μικροσκοπικά σωματίδια που είναι ενσωματωμένα στο κελί και αντανακλάται γύρω από τη συσκευή και όχι κατευθείαν έξω από αυτήν.
Μια ομάδα αμερικανών επιστημόνων με επικεφαλής το πανεπιστήμιο Penn State απέδειξε αύξηση απόδοσης 1% στις ηλιακές κυψέλες περοβσκίτη στα ηλιακά πάνελ προσθέτοντας μια δομή παγίδευσης φωτός νανοκλίμακας στο μπροστινό μέρος της κυψέλης. Το επίτευγμα είναι επίσης αξιοσημείωτο ότι ξεκίνησαν τη διερεύνηση μιας εντελώς διαφορετικής διαδρομής για τη βελτιστοποίηση των ηλιακών κυψελών και τελικά ανακάλυψαν ότι τα περισσότερα από τα οφέλη που πιστεύεται ότι προέρχονταν από αυτό οφείλονταν στην πραγματικότητα σε ένα φαινόμενο σκέδασης φωτός.
«Ορισμένοι ερευνητές έχουν υποθέσει και έχουν δείξει αποτελέσματα ότι τα νανοσωματίδια ανοδικής μετατροπής παρέχουν ώθηση στην απόδοση», δήλωσε ο Shashank Priya, καθηγητής επιστήμης και μηχανικής υλικών στο Penn State. «Αλλά αυτή η έρευνα δείχνει ότι δεν έχει σημασία αν βάζετε νανοσωματίδια μετατροπής ή άλλα νανοσωματίδια, καθώς θα δείξουν την αυξημένη απόδοση λόγω της ενίσχυσης της σκέδασης φωτός».
Το up-conversion είναι μια διαδικασία όπου ένα υλικό που προστίθεται σε ένα στοιχείο μετατρέπει την υπέρυθρη ακτινοβολία σε ορατό φως, το οποίο μπορεί να απορροφηθεί από την ηλιακή κυψέλη. Αυτό έχει επιδιωχθεί εδώ και πολύ καιρό ως ένας δυνατός τρόπος για να επιτευχθούν αποτελεσματικότητες πέρα από αυτό που θεωρείται θεωρητικά δυνατό σε μια συσκευή μεμονωμένης σύνδεσης. Σε αυτή την περίπτωση, οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Macquarie στην Αυστραλία παρείχαν ένα άλλο κρυσταλλικό υλικό που δεν εμφανίζει το φαινόμενο της ανοδικής μετατροπής, επιτρέποντας στους ερευνητές του Penn State να συγκρίνουν τα αποτελέσματα.
Η Έρευνα
Περιέγραψαν τη δουλειά τους στο «Homogenization of Optical Field in Nanocrystal-Embedded Perovskite Composites» που δημοσιεύτηκε στο ACS Energy Letters . Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα υλικά ήταν εξίσου αποτελεσματικά στη βελτίωση της απόδοσης μετατροπής του ηλιακού στοιχείου περοβσκίτη. Και με περαιτέρω υπολογισμούς, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποδείξουν ότι η ώθηση της απόδοσης προήλθε κυρίως από τη σκέδαση φωτός, με την ανοδική μετατροπή να έχει μόνο αμελητέα επίδραση.
«Αρχίσαμε να παίζουμε βασικά με την κατανομή νανοσωματιδίων στο μοντέλο και αρχίσαμε να βλέπουμε ότι καθώς κατανέμονται τα σωματίδια μακριά το ένα από το άλλο, αρχίζουμε να βλέπουμε κάποια ενισχυμένη σκέδαση», δήλωσε ο Thomas Brown, αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Ρώμη. «Τότε είχαμε αυτή την ανακάλυψη».
Η ομάδα λέει ότι θα διερευνήσει τώρα τη βελτιστοποίηση του μεγέθους, του σχήματος και της κατανομής των σωματιδίων σε νανοδομές για να βελτιστοποιήσει ακόμη περισσότερο την απόδοση.