19/12/2018
Новые прозрачные солнечные элементы способны сделать окна эффективными генераторами электроэнергии.
Солнечная энергетика стала доступной и помогла значительно уменьшить счета за электричество, однако это не значит, что она достигла предела своего потенциала. Инновационным решением могут стать прозрачные солнечные панели: например, оконные стекла с покрытием, собирающим солнечную энергию, в которых каждый фотон имеет полезное применение.
Известно, что кремниевые солнечные панели теряют энергию, если поток фотонов не соответствует ширине запрещенной энергетической зоны. Если он слабее, электроны не переходят в зону проводимости, а если больше, избыточная энергия теряется как тепло.
Для решения этой проблемы группа исследователей из Китая активировала наночастицы редкоземельным металлом иттербием, который излучает свет практически на той же волне, на которой кремний его поглощает при преобразовании солнечной энергии. Более того, выяснилось, что при благоприятных условиях иттербий поглощает один УФ-фотон и испускает два инфракрасных, и при этом не абсорбирует уже излученные фотоны.
Это свойство иттербия позволяет создать уникальную солнечную панель, верхний слой которой поглощает свет синей части спектра и испускает в два раза больше света инфракрасной части спектра. Инфракрасные фотоны принимают только кремниевые солнечные панели, вырабатывая два электрона на каждый фотон синего луча, атаковавшего атомы иттербия. Таким образом, ученым удалось создать люминесцентный солнечный концентратор (LSC) со 160-процентной эффективностью, но это не единственное его достоинство.
Исследователи изготовили полимерное стекло с включением перовскитных наночастиц, поглощающих ультрафиолетовые лучи солнечного спектра, но пропускающих все остальные. Произведенные наночастицами с иттербием инфракрасные лучи отводятся на боковые грани прозрачного стеклянного блока, где и поглощаются кремниевой фотоэлектрической рамкой. В итоге у них получился прототип эненергогенерирующего окна.
На данном этапе такой гелиоприемник приходится признать неэффективным, хотя синий луч и генерирует инфракрасный луч с КПД 180%. Все дело в том, что из-за прозрачности стекла наночастицами улавливается только 3% синего луча, да еще и часть энергии теряется при транспортировке. Тем не менее, эффективность поглощения ультрафиолета может быть повышена, а значит, прозрачные солнечные панели имеют определенный потенциал в будущем.
