Исследователи из Израильского технологического института Технион разработали технологию, которая может повысить эффективность фотоэлектрических элементов почти на 70 процентов. Прорыв может стать ключом к преодолению текущих технологических ограничений использования солнечной энергии для удовлетворения мировых потребностей в энергии.
Исследование проводилось в лаборатории экситоники, возглавляемой профессором Кармелом Ротшильдом, на машиностроительном факультете Техниона, при содействии Энергетической программы Гранд Технион и Института нанотехнологий Рассела Берри в Технионе, а также в рамках RC-проект Европейского исследовательского совета (ERC) лаборатории по новым термодинамическим инструментам для солнечных элементов.
Фотогальванические элементы оптимально используют очень узкий диапазон солнечного спектра - широкий свет, исходящий от солнца. Излучение вне этого узкого диапазона просто нагревает эти клетки и не используется. Эта потеря энергии ограничивает максимальную эффективность современных солнечных элементов примерно до 30%.
В статье, недавно опубликованной в Nature Communications, исследователи Техниона описывают, как их технология основана на промежуточном процессе, который происходит между солнечным светом и фотогальваническим элементом. Созданный ими фотолюминесцентный материал поглощает солнечное излучение и преобразует солнечное тепло и свет в «идеальное» излучение, которое освещает фотогальванический элемент и обеспечивает более высокую эффективность преобразования. В результате КПД устройства увеличивается с 30% до 50%.
Вдохновением для этой технологии послужило оптическое охлаждение, при котором поглощенный свет переизлучается с более высокой энергией, тем самым охлаждая излучатель. Технология Технион работает аналогично, но с солнечным светом.
«Солнечное излучение на пути к фотогальваническим элементам попадает в специальный материал, который мы разработали для этой цели, и этот материал нагревается за счет неиспользуемой части спектра», - говорит аспирант Ассаф Манор, возглавлявший исследование в рамках его докторской работы. «Кроме того, солнечное излучение в оптимальном спектре поглощается и повторно излучается в спектре, смещенном в синий цвет. Затем это излучение улавливается солнечным элементом, и тепло и свет преобразуются в электричество».