Выход энергии фотоэлектрических систем можно оптимизировать с помощью тандемных солнечных элементов. Эту конструкцию можно представить как две солнечные батареи, расположенные друг на друге. Оба слоя нацелены на разный спектр солнечного света, что делает их особенно эффективными. Концепция исследовательской группы из Индии предполагает достижение эффективности в 38,91%.
Фото: Pixabay.comТекущий рекорд эффективности тандемного солнечного элемента составляет 33%. Это означает, что треть солнечной энергии может быть преобразована в электрическую энергию. В качестве материалов в этом случае исследователи использовали кремний и перовскит. Верхний перовскитный материал поглощает в основном синий свет, а нижний кремниевый материал поглощает красный свет.
Технологический университет в Горакхпуре (Индия) разработал другие, более эффективные, как считается, солнечные панели. Примечательно, что они изготовлены и ни из кремния, и ни из перовскита. Исследователи использовали в качестве верхнего слоя так называемый солнечный элемент CIGS. Их полупроводник состоит из соединения меди (С), индия (I), галлия (G) и селена (S). Эта ячейка может преобразовывать в электричество преимущественно более короткие волны.
Структура тандемного солнечного элемента. Фото: Patel Более длинные волны, проникающие в верхнюю ячейку, затем попадают в так называемую ячейку SWCNT. SWCNT означает «Одностенные углеродные нанотрубки». Эти одностенные углеродные нанотрубки в 100 000 раз тоньше человеческого волоса и используются в фотоэлектрических исследованиях всего несколько лет, поскольку их производство очень дорого. Более того, они были разработаны только в 1993 году. Для сравнения: первые практические кремниевые солнечные элементы были представлены в 1954 году.
По расчетам исследователей, соответствующие ячейки по отдельности достигают максимальной эффективности 23,69% (CIGS) и 17,10% (SWCNT). Согласно расчетам, при использовании тандемной ячейки можно достичь эффективности 38,91%.
«Результаты этого исследования демонстрируют путь к производству высокоэффективных тандемных солнечных элементов CIGS/SWCNT», — пишут исследователи в своей статье.
Однако, вероятно, пройдет еще много времени, прежде чем проект будет реализован. Солнечные элементы CIGS уже производятся в промышленных масштабах, а вот элементы SWCNT все еще находятся на стадии разработки. В основном это связано со сложным и дорогостоящим производством одностенных углеродных нанотрубок.
