Нов квантов материал повишава ефективността на соларните клетки с до 190%

Изследователи от Университета „Lehigh“ са разработили материал, който има потенциала да увеличи драстично ефективността на соларните панели, но какво го прави различен? Непрекъснатите иновации, подобряващи ефективността, станаха от решаващо значение, особено за посрещане на глобалните енергийни нужди.

Изследователският екип дебютира с прототип, използващ квантов материал като активен слой в соларна клетка.

Този материал показа фотоволтаична абсорбция от 80% и външна квантова ефективност до 190%.

Това постижение е забележително, тъй като надхвърля теоретичната граница, определена от ефективността на Шокли-Куизер за традиционните соларни клетки на силициева основа. За сравнение, при конвенционалните соларни клетки максималната EQE е 100 %.

Забележителното подобрение на ефективността на материала се свежда до уникална характеристика, наречена „междинни лентови състояния“. Тези междинни лентови състояния се отнасят до специфични енергийни нива в електронната структура на материала, разположени така, че да са идеални за преобразуване на светлината в енергия.

В този нов материал междинните лентови състояния позволяват улавянето на енергията на фотоните, загубена от традиционните соларни клетки. Въпреки че стойностите на EQE достигат 100%, традиционните клетки губят фотонна енергия чрез отразяване и топлина.

Екипът използва „ван дер Ваалсови празнини“ – атомно малки празнини между слоести 2D-материали. Те вмъкват атоми на нулевалентна мед между слоевете на двуизмерен материал, изработен от германиев селенид и калаен сулфид.

Усъвършенстван прототип

След задълбочено компютърно моделиране на системата, Чинеду Екума – професор по физика в университета „Lehigh“ и автор на научния труд разработва прототипа.

„Бързата реакция и повишената ефективност категорично показват потенциала на Cu-интеркалирания GeSe/SnS като квантов материал за използване в съвременни фотоволтаични приложения, предлагайки възможност за подобряване на ефективността при преобразуването на слънчевата енергия.“

казва той

Според Екума това е обещаващ кандидат за разработване на соларни панели от следващо поколение с висока ефективност.

Включването на този нов материал в съществуващите системи за слънчева енергия ще изисква допълнителни усилия за научни изследвания и развитие. Въпреки това Екума подчерта, че експерименталната техника, използвана за създаването на тези материали вече е много напреднала. С течение на времето учените са разработили и усъвършенствали метод, който „вкарва“ атоми, йони и молекули в материалите с много висока прецизност.

Според Международната агенция по енергетика през 2023 година само фотоволтаиците представляват 3/4 от добавените мощности от възобновяеми източници в световен мащаб. През 2022 година производството на енергия от фотоволтаици се е увеличило с до 26%, достигайки почти 1300 TWh. Това показва най-големия абсолютен ръст на производството от всички технологии за възобновяеми източници през 2022 година, надминавайки вятъра за първи път в историята.

Изследването на Екума е финансирано отчасти с безвъзмездна помощ от Министерството на енергетиката на САЩ. Подробности за изследването са публикувани в списание Science Advances.