Uloviti zrake Sunca silicijskim nanožicama
IslamBosna.ba – Solarne ćelije od silicija odavno se ističu kao faktor za budućnost obnovljivih izvora energije, ali za sada je stvarnost daleko od toga obećanja. Iako postoje silicijski solarni sistemi koji mogu pretvoriti sunčevo svjetlo u električnu energiju s impresivnih 20 posto efikasnosti, troškovi ove solarne energije su previsoki da bismo imali neku veliku korist. Naučnici iz laboratorija Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), razvijaju novi pristup koji bi mogao znatno smanjiti te troškove. Ključ njihovog uspjeha je bolji način za hvatanje sunčeve svjetlosti.
“Uz pomoć izrade tankih filmova vertikalnih silicijskih nanožica postoji mogućnosti povećanja hvatanja svjetlosti na našoj solarnoj ćeliji za faktor 73”, kaže hemičar Peidong Yang, koji je vodio ovo istraživanje. “Budući da je tehnika izrade ovog izvanrednog poboljšanja hvatanja svjetla relativno jednostavna, smatramo da naš pristup predstavlja ekonomski održiv put ka visokoj efikasnosti i niskoj cijeni tankoslojnih solarnih ćelija.”
On je vodeći naučnik za poluvodiče nanožice – jednodimenzionalne trake od materijala čija širina iznosi samo hiljaditi dio ljudske kose, a čija se duljina može protezati do nekoliko mikrona. “Tipične solarne ćelije su izrađene od vrlo skupog ultra čistog komada kristalnog silicija, i zahtijevaju oko 100 mikrometara debljine kako bi mogle apsorbirati veću količinu sunčeve svjetlosti, dok naša radijalna geometrija omogućuje da učinkovito uhvatimo svjetlo nanožicama od nekoliko silicijskih filmova, koje su samo oko osam mikrona široke”, kaže on. “Nadalje, naš pristup trebao bi omogućiti da se koristi “prljavi” silicij, a ne potpuno čist kristal silicija kakav je sada potreban, što bi trebalo smanjiti troškove.”
Osnovu svih solarnih ćelija čine dva odvojena sloja materijala; jedan s obiljem elektrona koji funkcionira kao negativan pol i jedan s obiljem rupa koji funkcionira kao pozitivni pol. Kada se apsorbiraju fotoni sa Sunca, njihova se energija koristi za stvaranje elektron-šupljina parova, koji se zatim između dva sloja prikupljaju kao elektricitet. Zbog svojih vrhunskih foto-električnih svojstava, silicij ostaje prvi izbor za fotonaponske poluvodiče, ali zbog rastuće potražnje sirovina ima visoku cijenu. Nadalje, zbog visoke razine pročišćavanja kristala, čak i izrada najjednostavnijih silicijskih solarnih ćelija je složen i skup proces.
Yang i njegova grupa su u stanju smanjiti i količinu i zahtjeve za kvalitetom silicija pomoću vertikalnih polja nanostrukturiranih radijalnih pn spojeva umjesto konvencionalnih planarnih pn spojeva. U radijalnom pn spoju, sloj n-tipa silicija okružuje p-tip silicija koji kao da predstavlja jezgru. Kao rezultat toga, foto-pobuđeni elektroni i rupe će putovati mnogo kraće do elektrode, eliminirajući uski probojni napon koji je čest u tipičnim silicijskim solarnim ćelijama. “Budući da svaka pojedina nanožica u nizu ima pn spoj, svaka djeluje kao solarna ćelija”, kaže Yang.
Iako je efikasnost konverzije ovih solarnih nanožica samo oko pet do šest posto, Yang kaže da je ova efikasnost postignuta bez upotrebe proturefleksijskog stakla i drugih mjera za povećavanje efikasnosti solarnih ćelija.
“Uz daljnja poboljšanja, smatramo da je moguće gurnuti efikasnost na iznad 10 posto”, kaže Yang. Kombinirajući 10-postotnu ili bolju efikasnost konverzije s uveliko smanjenom količinom potrebnog materijala, te uz mogućnost korištenja neobrađenog silicija, treba reći da su nanožice od silicija ozbiljan kandidat za proizvodnju u velikim količinama.
IslamBosna.ba / znanost.com