Среда, 21 февраля, 2024
ДомойТехнологииБудущее возобновляемой энергетики: прозрачные преобразователи спектра повышают эффективность солнечных батарей

Будущее возобновляемой энергетики: прозрачные преобразователи спектра повышают эффективность солнечных батарей

- Advertisement -

Новый стеклокерамический слой GdPO4, являющийся достижением в области фотоэлектрических технологий, улучшает преобразование света в электричество за счет более эффективного использования ультрафиолетового света. Это нововведение повышает эффективность и долговечность солнечных элементов, предлагая значительный потенциал для будущих решений в области возобновляемых источников энергии. Фото: SciTechDaily.com

Защитный материал преобразует вредные ультрафиолетовые фотоны в видимый свет, повышая эффективность преобразования фотоэлектрических устройств.

За последнее десятилетие фотоэлектрические элементы (ПК) привлекли большое внимание во всем мире как перспективные источники возобновляемой энергии. Однако ПК до сих пор не достигли достаточно высокой эффективности преобразования света в электричество, чтобы получить широкое распространение, и ученые ищут новые материалы и конструкции с более высокими характеристиками.

Ограничения современных фотоэлектрических технологий

Двумя наиболее активно изучаемыми типами ПК являются ПК на основе перовскита и ПК на основе аморфного карбида кремния (a-SiC:H), каждый из которых имеет свой набор ограничений. Перовскитовые ПК страдают от двух основных недостатков: во-первых, хотя солнечное излучение охватывает длины волн от ближнего инфракрасного до ультрафиолетового (УФ), перовскитовые ПК используют лишь небольшую часть этого спектра, что приводит к низкой эффективности преобразования энергии. . Во-вторых, они уязвимы к фотодеградации из-за воздействия ультрафиолетового света высокой интенсивности. Напротив, ПК a-SiC:H не могут эффективно улавливать УФ-свет из-за несоответствия между спектральным профилем солнечного света и спектральным откликом материалов a-SiC:H.

Инновационный слой спектрального преобразователя

А что, если бы эти проблемы можно было решить, просто нанеся поверх ПК специальный прозрачный слой? В недавнем исследовании, опубликованном в Журнал фотоники для энергетикиисследовательская группа, в которую входит доктор Пей Сун из Шанхайского университета инженерных наук, Китай, разработала новый преобразователь солнечного спектра с использованием GdPO.4 стеклокерамический (СУ) материал, легированный ионами празеодима (Pr) и европия (Eu). Эта технология может привести к заметному повышению производительности и применимости солнечных элементов.

Нанесение прозрачного стеклокерамического слоя, легированного Pr3+/Eu3+, поверх фотоэлектрического элемента одновременно защищает его от вредного ультрафиолетового излучения и преобразует это ультрафиолетовое излучение в видимый свет, тем самым повышая эффективность преобразования света в энергию. Кредит: Журнал фотоники для энергетики

Механизм и преимущества нового слоя конвертера

Основная цель GdPO4-GC:ЕС3+/Пр3+ заключается в поглощении УФ-фотонов солнечного излучения и повторном излучении их в виде видимого света. Это возможно благодаря эффективной передаче энергии, которая происходит между ионами в материале. Когда УФ фотон попадает в PR3+ ион, он генерирует возбужденное электронное состояние. Эта накопленная энергия имеет высокий шанс быть переданной Б-гу.3+ ион, который высвобождает часть его, прежде чем передать остальную часть Eu3+ ион. В результате возбужденные электронные состояния в Eu3+ ион претерпевает переход вниз в состояния с более низкой энергией, излучая видимый свет.

Несколько экспериментов подтвердили, что Gd3+ ионы действуют как мостики между Pr3+ и ЕС3+ ионы в этих энергетических переходах. Таким образом, тонкий прозрачный GdPO4-GC:ЕС3+/Пр3+ Слой, нанесенный на ПК, не только защищает его от УФ-фотонов, но и снабжает его дополнительным светом. Кроме того, этот защитный эффект помогает предотвратить фотодеградацию ПК на основе перовскита. Между тем, как в перовските, так и в ПК a-SiC:H слой спектрального преобразования помогает всей системе более эффективно использовать энергию солнечного излучения, делая ее «чувствительной» к УФ-фотонам, которые в противном случае были бы потрачены впустую.

Потенциальные применения и будущие исследования

Примечательно, что предлагаемый GdPO4-GC:ЕС3+/Пр3+ материал легко синтезировать с помощью обычного процесса закалки плавлением. Более того, поскольку этот материал также чрезвычайно стабилен, он кажется многообещающим в качестве защитного слоя для космических компьютеров, например тех, которые используются на космических станциях. «В настоящее время расширяющиеся космические станции требуют большей мощности и высокопроизводительных ПК. Покрыв верхнюю часть ПК предлагаемым материалом для преобразования спектра и используя соответствующую технологию герметизации и герметизации, мы можем обеспечить очень низкий уровень влажности и эффективную переработку УФ-излучения», — объясняет Сонг. «Кроме того, материалы GC имеют твердую текстуру, поэтому они могут защитить ПК от ударов крошечными летающими в космосе обломками».

Для дальнейшего повышения эффективности ПК, использующих легированные GC-материалы в качестве преобразователей спектра, потребуются дополнительные исследования. Исследователи отмечают, что будущая работа может быть сосредоточена на повышении экономической эффективности за счет регулирования концентрации легирующих добавок и оптимизации толщины защитного слоя.

Шаг к устойчивой солнечной энергетике

«С учетом потенциальных применений как в наземных, так и в космических ПК, разработка технологии спектрального понижающего смещения Pr3+/Евросоюз3+ Солегированная стеклокерамика может открыть новые возможности для достижения более высоких характеристик фотоэлектрических устройств», — заключает Сонг.

Будем надеяться, что солнечная энергия станет не только экологически чистой альтернативой ископаемому топливу, но и источником энергии будущего!

Ссылка: «Преобразователь солнечного спектра, управляемый ультрафиолетом, для применения фотоэлектрических элементов», Пей Сун, Чаоминь Чжан и Пэнфэй Чжу, 23 декабря 2023 г., Журнал фотоники для энергетики.
DOI: 10.1117/1.JPE.14.015501

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме