Эффективность солнечных батарей может быть повышена за счет двумерных фотонных кристаллов
 Покрытие в виде двумерного фотонного кристалла. |
|
||||||||
Солнечный свет - это наиболее экологически чистый вариант топлива. На сегодняшний день солнечные ячейки считаются одним из весьма перспективных вариантов для получения «альтернативной энергии». В быту они могут использоваться как для снабжения электроэнергией жилых домов, так и для питания транспортных средств; что касается научных применений, то здесь открывается еще большее поле для творчества, т.к. солнечный свет открывает возможность создания систем с автономным питанием. Однако, до сих пор мощность, получаемая при помощи солнечных ячеек, остается слишком дорогой по сравнению с другими вариантами генерации электричества. Связана столь высокая стоимость, во-первых, с дороговизной производства ячеек, а во-вторых, с низкой эффективностью их работы. Таким образом, здесь можно отметить сразу два возможных направления развития (научного поиска): создание более дешевых материалов, а также разработка способов повысить процент «собираемой» энергии.
Исследователи из Institute of Microelectronics of Madrid (Испания) выбрали для себя второй путь. Они предложили использовать в качестве средства повышения эффективности преобразования энергии покрытие из так называемых двумерных фотонных кристаллов.
Фотонный кристалл представляет собой структуру с периодическим изменением показателя преломления света в пространстве. Аналогично носителям тока в полупроводниках, фотоны в таких кристаллах имеют так называемые «разрешенные» и «запрещенные» значения энергии. Фотоны, обладающие «разрешенной» энергией, распространяются через кристалл; остальные фотоны – отражаются от него. Природным примером трехмерного фотонного кристалла являются опал; а лучшей иллюстрацией двумерного случая можно назвать крылья бабочек, цвет которых формируется благодаря особой наноструктуре поверхности.
В рамках своих экспериментов испанские ученые исследовали влияние различных параметров решетки на коэффициент поглощения фотонов. Было установлено, что геометрия фотонного кристалла (треугольная, прямоугольная или какая-либо другая структура) практически не влияет на результат, зато снизить отражение позволяет уменьшение параметров решетки (в проведенных экспериментах решетки фотонных кристаллов имели период около 400 – 470 нм). Было также отмечено, что эффект получается более выраженным, если пленка на поверхности, из которой формируются фотонные кристаллы, достаточно тонкая.
К слову, методика создания всевозможных покрытий на поверхности солнечной ячейки для повышения эффективности ее работы, применяется достаточно давно. Однако, покрытие в виде двумерного фотонного кристалла, предложенное учеными, помимо очевидных преимуществ в мощности, обладает еще и большей механической прочностью.
В резюме к своей работе ученые отмечают, что аналогичный подход может быть использован для повышения эффективности работы других фоточувствительных и фотогальванических устройств. Однако, необходимо продолжение работы в данном направлении, чтобы рассмотреть все оптические эффекты и явления, затрагиваемые в данной ситуации.
Также по теме:
- Новые окислительно-восстановительные пары могут усовершенствовать солнечные батареи
- Повышение эффективности солнечных батарей при помощи 3D наноструктур
Источники: