Solarne ploče nove generacije ugledaju se na LED tehnologiju

“Ono što smo mi uspjeli demonstrirati je sljedeće. Što je solarna ćelija bolja u emitiranju fotona, to je njezina voltaža veća a samim time i njezina učinkovitost“ izjavio je Eli Yablonovitch, glavni istraživač i profesor električnog inženjerstva na sveučilištu UC Berklay.

Znanstvenici od 1961 godine znaju, da čak i u idealnim uvjetima standardne solarne ćelije imaju limit iskoristivosti sunčeve energije. Taj apsolutni limit iznosi u teoriji oko 33,5 %. To znači da se u najboljim uvjetima od ukupne količine sunčeve energije može iskoristiti maksimalno 33,5% kako bi se proizvela električna energija.

Unatoč tome, znanstvenici se više od pet desetljeća nisu uspjeli niti približiti toj čarobnoj granici. Aktualni svjetski rekord postavljen je 2010 godine i iznosi malo iznad 26 %. (ovaj podatak se odnosi na jednospojne ravne solarne ćelije koje upijaju sunčevu svjetlost iznad određene frekvencije. Višespojne ćelije koje imaju više slojeva i upijaju svjetlost različitih frekvencija postižu više stupnjeve učinkovitosti.)

Yablonovitch i njegovi kolege pokušali su spoznati zašto se između teorije i realnih mogućnosti nalazi toliki jaz. Kako je istraživanje napredovalo, nakon nekog vremena se formirala „potpuna slika“ navodi Owen Miller postdiplomski student na UC Berkley i član Yablonovitchevog tima. U izračunima su naišli na relativno jednostavno i naoko oprečno rješenje koje se baziralo na vezi između upijanja i odašiljanja svjetlosti.

„U osnovi, riječ je o termodinamičkoj vezi između upijanja i emitiranja“ navodi Miller. Dizajniranje solarnih ćelija na način da emitiraju svjetlo, kako se fotoni ne bi „izgubili“ unutar ćelije, rezultira povećanjem voltaže koju proizvodi solarna ćelija. „Ukoliko imate solarnu ćeliju koja dobro emitira svjetlost, imate ujedno i ćeliju koja proizvodi veći napon, koji u konačnici povećava količinu električne energije koju proizvodi solarna ćelija po svakoj jedinici sunčeva svjetla.“ -navodi Miller

Teorija o povezanosti emisije svjetlosti i voltaže nije nova. Nova je ideja o konstrukciji solarne ćelije na temelju navedenih principa.- navodi Miller

Prošle godine, kompanija pod nazivom Alta Devices čiji je suosnivač Yablonovitch, proizvela je prototip solarne ćelije koristeći Gallium Arsenid (GaAs), materijal koji se često koristio u izradi solarnih ćelija za satelite. Prototip je oborio svjetski rekord od 26% iskoristivosti sunčeve svjetlosti postigavši učinkovitost od 28,3%.  Kompanija je novi rekord postigla prvenstveno zahvaljujući novom tipu konstrukcije koja je omogućavala svjetlosti da izađe iz solarne ćelije na najlakši mogući način. To se postiglo pomoću tehnika koje povećavaju refleksiju stražnjeg zrcala koje nadolazeće fotone usmjerava natrag kroz prednji dio uređaja.

Solarne ćelije proizvode električnu energiju kada fotoni iz Sunca udare u poluvodič koji se nalazi unutar ćelije. Energija koju sadrže fotoni oslobađa elektrone iz navedenog materijala čime im omogućavaju slobodno kretanje. Unatoč tome, proces oslobađanja elektrona može stvoriti nove fotone u procesu koji se naziva luminiscencija. Ideja iza novog pristupa solarnim ćelijama sastoji se u tome da „novi fotoni“ koji ne dolaze direktno iz Sunca moraju imati mogućnost izaći iz solarne ćelije na najlakši mogući način.

„Prva reakcija je obično, zašto dopustiti fotonima da pobjegnu?“ objašnjava Miller.“Zar ne zadržati fotone u ćeliji gdje bi mogli proizvesti još elektrona?“ Unatoč tome, matematički je dokazano da oslobađanje fotona povećava voltažu koju proizvodi solarna ćelija.

Ovo istraživanje je „dobar i koristan put“ za znanstveno unapređenje performansi solarnih ćelija te za otkrivanje novih kreativnih načina za testiranje i proučavanje solarnih ćelija smatra Leo Schwalter iz Crystal IS, Inc. i izvanredni profesor na Rensselaer Polytechnic Institute koji je ujedno i predsjednik CLEO odbora za LED, fotonaponske sustave i energetski učinkovitu fotoniku.

Yablonovitch se nada kako će znanstvenici pomoću ove tehnike uspjeti ostvariti učinkovitost od 30 % u sljedećih par godina. Pošto je ovo istraživanje primjenjivo na sve vrste solarnih ćelija očekuje se kako će rezultati potaknuti veliki napredak u cijeloj branši.

(znanostgeekhr)