Вчені знайшли приховану втрату енергії у сонячних елементах

Дослідники з Інституту фотонних наук (ICFO) у Барселоні знайшли спосіб зменшити одні з прихованих втрат енергії у сонячних елементах. Новий підхід дає змогу контролювати не лише поглинання сонячного світла, а й напрямки, у яких фотони залишають пристрій.

Робота, опублікована в Energy & Environmental Science, пов’язана з так званими болцманнівськими втратами. Вони виникають через фундаментальну властивість матеріалів: речовина, здатна поглинати світло, одночасно може його випромінювати.

Чому напрямок випромінювання має значення?

Сонячна батарея отримує світло від Сонця, яке займає відносно невелику ділянку небосхилу. Тому вхідне випромінювання потрапляє на поверхню елемента у досить вузькому діапазоні кутів.

Водночас фотони, що виникають усередині сонячного елемента, зазвичай можуть виходити в багатьох напрямках. На думку дослідників, така різниця між кутами поглинання та випромінювання призводить до додаткових енергетичних втрат.

Щоб розв’язати цю проблему, вчені розробили структуру, яка обмежує напрямки виходу світла із сонячного елемента.

В експерименті команда під керівництвом професора ICFO та UPC Жорді Мартореля використала органічний сонячний елемент на основі суміші PM6. Дослідники перетворили його на своєрідну оптичну порожнину, яка пригнічує випромінювання фотонів під великими кутами, одночасно зберігаючи можливість ефективно пропускати сонячне світло всередину.

Такий підхід дає змогу зменшити небажані втрати та потенційно підвищити ефективність перетворення сонячної енергії. За розрахунками дослідників, технологія може наблизити ефективність одноперехідних сонячних елементів до 43%, що перевищує традиційну теоретичну межу для таких пристроїв.

Результати показують, що подальше підвищення ефективності сонячних елементів можливе не лише завдяки вдосконаленню матеріалів. Контроль руху та випромінювання фотонів усередині пристрою також може стати важливим напрямком розвитку сонячної енергетики.