211service.com
Varme elektroner kan fordoble solenergi
I årtier har forskere undersøgt et teoretisk middel til at fordoble solcellernes effekt - ved at bruge såkaldte varme elektroner. Nu har forskere ved Boston College leveret nye eksperimentelle beviser for, at teorien vil virke. De byggede solceller, der får et kraftboost fra højenergifotoner. Dette boost, siger forskerne, er resultatet af udvinding af varme elektroner.
Varm solcelle: Denne solcelle er lavet af tynde lag af amorft silicium med aluminiumprikker, der tjener som elektriske bagkontakter. Det giver bevis for, at det kan være muligt at fordoble produktionen af solceller.
Resultaterne er et skridt i retning af solceller, der bryder konventionelle effektivitetsgrænser. På grund af den måde, almindelige solceller fungerer på, kan de i teorien højst omdanne omkring 35 procent af energien i sollys til elektricitet og spilde resten som varme. At gøre brug af varme elektroner kan resultere i effektiviteter så høje som 67 procent, siger Matthew Beard , en seniorforsker ved National Renewable Energy Laboratory i Golden, CO, som ikke var involveret i det nuværende arbejde. En fordobling af solcellernes effektivitet kan halvere omkostningerne til solenergi.
Konventionelle solceller kan kun effektivt konvertere energien fra visse bølgelængder af lys til elektricitet. For eksempel, når en solcelle, der er optimeret til røde bølgelængder af lys, absorberer fotoner af rødt lys, producerer den elektroner med energiniveauer svarende til dem af de indkommende fotoner. Når cellen absorberer en blå foton med højere energi, producerer den først en tilsvarende højenergielektron - en varm elektron. Men dette mister meget af sin energi meget hurtigt som varme, før det kan undslippe cellen for at producere elektricitet. (Omvendt konverterer celler, der er optimeret til blåt lys, ikke rødt lys til elektricitet, så de ofrer energien i denne del af spektret.)
Boston College-forskerne lavede ultratynde solceller på kun 15 nanometer tykke. Fordi cellerne var så tynde, kunne de varme elektroner hurtigt trækkes ud af cellen, før de afkølede. Forskerne fandt ud af, at cellernes udgangsspænding steg, når de belyste dem med blåt lys i stedet for rødt. Nu får vi elektronerne fra det blå lys ud, før de mister al deres overskydende energi, siger Michael Naughton , professor i fysik ved Boston College.
Problemet er, at fordi de er så tynde, lader solcellerne det meste af det indkommende lys passere gennem dem. Som følge heraf omdanner de kun 3 procent af energien i indkommende lys til elektricitet. Jeg synes, det er lovende, siger Beard. Men han tilføjer, at de indtil videre kun viser en ret lille effekt.
Naughton siger, at hans team planlægger at løse dette problem ved hjælp af nanotråde. Den grundlæggende idé, fremsat af mange forskellige forskere nu, er at lave skove af nanotråde, der absorberer lys langs deres længder. Og fordi hver nanotråd er tynd, behøver elektronerne ikke at rejse langt for at undslippe til et ledende lag på dens overflade. Dette kunne gøre det muligt at kopiere den varme elektroneffekt, der ses i de tynde solceller. Naughton og kolleger kommercialiserer sådanne nanotråde via en startup kaldet Solasta , baseret i Newton, MA, som bliver finansieret af det respekterede venturekapitalfirma Kleiner Perkins Caufield & Byers .
Forskerne håber også at øge antallet af varme elektroner, de opsamler fra det absorberede lys. For at gøre dette, henvender de sig til en tilgang taget af Martin Grøn , professor ved University of New South Wales i Australien og førende inden for brug af varme elektroner i solceller. Denne metode involverer at inkorporere et lag af kvanteprikker, der fungerer som en slags filter, der selektivt udvinder elektroner med højere spænding end normalt, siger Beard. Naughton siger, at Solasta allerede har demonstreret, at det er muligt at inkorporere sådanne kvanteprikker i virksomhedens nanotråde.