Главная » Новости » Военные ученые США работают над созданием солнечных элементов с эффективностью более 50%

Военные ученые США работают над созданием солнечных элементов с эффективностью более 50%

08.02.2013

Солнечная ячейка с тремя p-n переходамиУченые из Военно-морской исследовательской лаборатории (Naval Research Laboratory, NRL) США в сотрудничестве с лондонским Имперским колледжем и корпорацией MicroLink Devices из Чикаго предложили новый тип полупроводниковых солнечных элементов с тремя p-n переходами, эффективность которых способна превысить 50%.

В настоящее время лучшие образцы традиционных кремниевых элементов способны демонстрировать эффективность около 25%. Элементы с несколькими полупроводниковыми переходами более совершенны, их рекорд эффективности 44%.

В мультипереходных солнечных элементах каждый слой «настроен» на различную длину волны солнечного спектра, что позволяет захватывать максимум энергии и достигать более высоких значений суммарной эффективности. Чем длиннее длина волны излучения, тем глубже от поверхности солнечного элемента располагается слой, „ответственный“ за ее захват. Теоретически при бесконечном числе p-n переходов эффективность такого солнечного элемента может достичь 87%.

Трудность реализации теоретических пределов заключается в том, чтобы разработать совокупность полупроводниковых материалов, обладающую широким диапазоном значений ширины запрещенной зоны, и вырастить кристаллы приемлемого качества.

Офис лаборатории NRL

Ученые из NRL смоделировали структуру In-Al-As-Sb, состоящую из индия, алюминия, мышьяка и сурьмы, и показали, что этот материал способен обладать шириной запрещенной зоной в диапазоне значений от 0,7 до 1,8 электрон-вольт и выше. На практике это означает способность улавливать широкий спектр излучений и высокую эффективность преобразования энергии.

Основываясь на результатах моделирования, в NRL разработали конструкцию солнечной ячейки, которая потенциально способна демонстрировать эффективность преобразования более 50% в концентрированном солнечном освещении.

Работа ученых имеет прикладной характер, но пока уровень ее разработки не позволяет создать коммерческий солнечный элемент или привлечь частные инвестиции. В ближайшие три года технология, основы которой разработаны NRL, будет развиваться при государственной поддержке в виде грантов Министерства энергетики и агентства ARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy), с участием Рочестерского технологического института и корпорации MicroLink Devices.

Очевидно, что эффективные мультипереходные солнечные элементы обходятся дороже обычного кремния. Однако флотские ученые решают задачу надежного обеспечения энергией датчиков системы дальнего обнаружения, скрытых в глубине океана, где интенсивность солнечного излучения чрезвычайно мала, а спектр изменен.

Флотская исследовательская лаборатория NRL представляет собой разветвленную сеть научных коллективов. В ней работает около 2500 человек. Головной офис этого научного центра расположен в Вашингтоне, крупные исследовательские подразделения дислоцируются в штатах Миссисипи и Калифорния. Научный центр существует уже более 85 лет, на протяжении которых успешно решает как прикладные военно-морские задачи, так и принимает участие в разработке сложных научных проблем общенационального значения.

Источник