Ученые создали солнечный элемент с эффективностью почти 50%
Ученые из Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) в США установили новый мировой рекорд эффективности преобразования солнечной энергии, создав инновационный солнечный элемент, который преобразует свет в электричество с эффективностью почти 50 процентов.
Новый рекорд был поставлен исследователями NREL с использованием «шести-переходного» (Six-Junction) солнечного элемента, в котором использовалось 140 слоев полупроводниковых материалов, благодаря чему был достигнут коэффициент конверсии 47,1% (при концентрированном освещении).
Статья с результатами исследования опубликована в научном журнале Nature Energy.
«Это устройство действительно демонстрирует необычайный потенциал многопереходных солнечных элементов», — говорит Джон Гайс, ведущий исследователь и главный научный сотрудник группы Высокоэффективной кристаллической фотовольтаики в NREL.
«Типовой» солнечный элемент «с одним переходом» сталкивается с фундаментальным пределом эффективности преобразования около 30 процентов, известным как предел Шокли-Кейссера (Shockley–Queisser limit), но ученые преодолевают его путём наложения нескольких слоёв.
Для создания нового устройства исследователи NREL использовали «материалы III-V» — называемые так из-за их позиции в Периодической таблице — которые обладают широким спектром свойств поглощения света. Каждый из шести переходов ячейки (фотоактивные слои) специально разработан для захвата света из определенной части солнечного спектра. Хотя устройство содержит около 140 слоев различных материалов III-V, оно в три раза тоньше человеческого волоса.
Разработанная многослойная конструкция солнечных элементов на сегодняшний день имеет в большей степени научно-теоретическую ценность. На практике производство таких устройств в промышленных масштабах будет неоправданно дорогим. Тем не новые солнечные элементы могут найти применение в ряде ниш, в первую очередь, в космической сфере. Кроме того, NREL активно работает над снижением стоимости солнечных элементов III-V, пытаясь открыть новые рынки для этих высокоэффективных устройств.
Основным препятствием для достижения 50% эффективности являются резистивные барьеры внутри ячейки, которые препятствуют прохождению тока. Снижение сопротивления может реально повысить эффективность более чем на 50%, считают учёные.