Оригинал сообщения

Для получения максимального количества энергии были разработаны солнечные батареи, которые поглощают большое количество солнечного света. Теперь же исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (University of California), предложили и показали парадоксальную концепцию: солнечные батареи должны быть похожими на светодиоды, способными излучать и поглощать свет, сообщает «WordScience.org».

Команда Беркли предоставит свои результаты на конференции «Lasers and Electro Optics», которая будет проходить с 6-го по 11-ое мая 2012-го года в Сан-Хосе, штат Калифорния.

«Мы продемонстрировали и объяснили: чем лучше солнечные батареи испускают фотоны, тем выше их напряжение и эффективность», — говорит Эли Яблонович (Eli Yablonovitch), главный научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли и профессор электротехники.

Ещё с 1961-го года учёным было известно, что в идеальных условиях имеется предел на количество электрической энергии, которая может быть собрана из солнечного света, падающего на типичную солнечную батарею.

Теоретически, этот абсолютный предел составляет приблизительно 33,5 %. Это означает, что в большинстве 33,5 % энергии, испускаемой входящими фотонами, будет поглощено и преобразовано в полезную электрическую энергию.

Тем не менее, в течение 50-ти лет учёные не могли приблизиться к достижению такой эффективности: с 2010-го года эта цифра составляла чуть больше 26 %. (Это для плоских солнечных батарей, которые поглощают световые потоки выше определённой частоты. Батареи с мультисоединением, имеют несколько слоёв, а также поглощают многократные частоты, поэтому в состоянии достигнуть более высокой эффективности).

Совсем недавно Яблонович и его коллеги пытались выяснить, почему был такой большой разрыв между теорией и пределом, которого смогли достичь исследователи. «После завершения нашей работы, то целостность картины восстановилась», — говорит Оуэн Миллер, аспирант Калифорнийского университета в Беркли, а также член группы Яблоновича. Они наткнулись на относительно простое, противоречивое здравому смыслу решение, основа которого лежит на математической связи между поглощением и излучением света.

«По сути, это решение заключалось в имеющейся термодинамической связи между поглощением и испусканием», — говорит Миллер. Проектирование солнечных батарей (излучения света) задумано так, чтобы фотоны не смогли «потеряться» в пределах батареи. «Оказывается, солнечная батарея, которая хорошо излучает свет, способна произвести более высокое напряжение, которое в свою очередь увеличивает количество электрической энергии, собранной клетками батареи за каждую единицу солнечного света», — говорит Миллер.

«Теория, гласящая, что люминесцентная эмиссия и напряжение идут «рука об руку», не является новой. Но, до настоящего времени эту идею никогда не рассматривали при разработке солнечных элементов», — продолжает Миллер.

В прошлом году компания «Alta Devices» с со-основателем Яблоновичем, использовала новый подход к созданию прототипа солнечной батареи из арсенида галлия (GaAs) — материал часто используемый для производства солнечных батарей на спутниках.

Прототип побил все рекорды, прыгнув с 26 % до 28,3 % эффективности. Компания достигла этого рубежа, путём разработки батареи, которая позволит максимально легко протекать свету с помощью метода, включающего увеличение отражательной способности заднего зеркала, которое посылает входящие фотоны обратно через переднюю панель устройства.

Солнечные батареи производят электричество, когда фотоны исходящие от Солнца поражают полупроводниковый материал внутри батареи. Энергия фотонов разбивает электроны, что в последствие позволяет им свободно перемещаться. Но в ходе детонации электронов могут генерироваться новые фотоны. Этот процесс называется люминесценцией. Идея нового дизайна солнечной батареи состоит в том, что те самые новые фотоны, не поступающие непосредственно от Солнца, могли максимально легко вырваться из батареи.

«Эта работа является хорошим и полезным способом определения того, как учёные могут повысить эффективность солнечных батарей, а также для нахождения новых творческих способов тестирования и изучения солнечных батарей», — говорит профессор Лео Шоуолтер из «Crystal IS, Inc.», который является председателем «CLEO » комитета.

Яблонович надеется на то, что в ближайшие годы учёные смогут использовать эту технику для достижения эффективности до 30%. А поскольку данная работа распространяется на все виды солнечных батарей, то её результаты буду иметь последствия во всех областях.

Источник материала: wordscience.org