Исследователи из института телекоммуникаций Фраунгофера разработали систему, которая позволяет солнечным элементам эффективно собирать энергию от инфракрасного спектра. Новая технология,которая обещает хорошую работоспособность с коммерческими солнечными батареями существующими сейчас в продаже и в будущем имеет потенциал стать стандартом в солнечных панелях.
Когда фотоны падают на поверхность солнечной батареи, энергия, которую они несут, поглощается полупроводником. Если поглощаемая энергия выше определенного порога, электроны высвобождаются из полупроводника и могут использоваться для генерирования электрического тока.
Энергия переносимая фотоном, пропорциональна его частоте. В случае использования кремниевых солнечных ячеек фотоны инфракрасной части спектра часто не обладают достаточной энергией, чтобы производить электричество, и инфракрасный свет просто проходит через ячейку незадействованным. Красные фотоны несут достаточно энергии, чтобы выбить электрон, а фотоны синей части и дальше (ультрафиолетовый свет) обладают слишком большой энергией, так что часть ее используется для высвобождения электрона, а остальное растрачивается в виде тепла. Неспособность добыть энергию фотона в полном объеме является основной причиной того, что солнечные ячейки столь неэффективны.
За последние годы испытаний,ученые создали солнечные ячейки,которые могут очень эффективно поглощать инфракрасный и ультрафиолетовый свет. Ученые из Фраунхоферского института предложили новое решение. Разработка основана на поглощении инфракрасного света с помощью так называемого черного кремния. Этот материал получают путем введения атомов серы в кремниевую решетку. Сера способна уменьшить запрещенную зону и позволяет высвобождать электроны из полупроводника гораздо менее энергетичным фотонам. На следующем этапе ученые намерены включить полученные ячейки в уже существующую технологию, и судя по всему, это не составит большого труда.
Исследователи Fraunhofer приступили к решению этого вопроса и пришли к концептуально простому, но гениальному решению. Они решили изменить модель лазерных импульсов, которые управляют атомами серы в решетке кремния, изменяя их конформацию, чтобы максимизировать число электронов.
Прототипы моделей показали, что механизм может удвоить эффективность черного кремния, но ученые все еще ищут модель для определения конфигурации атомов серы, что может привести в лучшей производительности.