Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Zdolność półprzewodnikowych ogniw słonecznych do wykorzystywania światła naszej gwiazdy zależy od przerw energetycznych charakteryzujących użyte materiały. Jako że żaden półprzewodnik nie ma odpowiednich właściwości pozwalających mu na pracę z całym spektrum światła, dotychczas opracowane ogniwa, które potrafią je wykorzystywać, zbudowane są z wielu warstw różnych półprzewodników. To z kolei powoduje, że ich produkcja jest na tyle kosztowna, iż żadne takie ogniwa nie są dostępne w sprzedaży na rynku konsumenckim.

Władysław Walukiewicz i kierowany przezeń zespół Solar Energy Materials Research Group w Lawrence Berkeley National Laboratory stworzyli właśnie ogniwa, które nie tylko współpracują z całym spektrum światła słonecznego, ale ich produkcja jest łatwa i tania.

Walukiewicz i Kin Man Yu od 2002 roku pracują nad znalezieniem odpowiednich materiałów na ogniwa słoneczne. Mają na swoim koncie spore osiągnięcia, jednak wszystkie dotychczas opracowane materiały były drogie i trudne w produkcji.

Tym razem naukowcy wykorzystali powszechnie używany w przemyśle półprzewodnikowym arsenek galu, ale zastąpili w nim część atomów arsenu azotem. Wprowadzili w ten sposób do materiału kolejną przerwę energetyczną, a uzyskany tak materiał można produkować za pomocą metody MOCVD (metaloorganiczne chemiczne osadzanie z fazy gazowej), która jest obecnie szeroko stosowana w przemyśle.

Arsenek galu wzbogacony azotem znany jest od lat, ale osiągnięciem zespołu Walukiewicza jest odpowiednia architektura przerw energetycznych. Uczeni założyli, że warunkiem działania ich ogniwa będzie dobre odizolowanie pośredniej przerwy od miejsc, w których gromadzone są ładunki elektryczne. Przerwa pośrednia musi absorbować światło, ale nie może przewodzić prądu - wyjaśnia Walukiewicz. Testowe urządzenie gromadziło elektrony z przerwy przewodzącej i dziury z przerwy walencyjnej. Przerwa środkowo była zablokowana i od góry i od dołu. Dla porównania stworzono niemal identyczne urządzenie, w którym przerwa pośrednia była zablokowana tylko od góry.

Testy wykazały, że urządzenie docelowe - to z zablokowaną przerwą - bardzo dobrze odpowiada na światło słoneczne i reaguje na spektrum od podczerwieni (1,1 eV) do ultrafioletu (3,2 eV).

Z kolei urządzenie z odblokowaną przerwą pośrednią dobrze reagowało tylko na bliską podczerwień.

Share this post


Link to post
Share on other sites

hmmm, to brzmi jak kolejna z wielu rewolucji w ogniwach słonecznych o których tu czytam. wiem, że od wymyślenia do wprowadzenia do produkcji mija sporo czasu, ale wygląda na to, że technologia bardzo się rozwija ale wdrożeń nie za wiele?

Share this post


Link to post
Share on other sites

jest tutaj troche pomieszania z poplataniem.

 

metody MOCVD (metaloorganiczne chemiczne osadzanie z fazy gazowej), która jest obecnie

 

uwaga: 'metaloorganika' to w ogolnosci zwiazki (swoja droga dosc trujace). na moje oko, zeby brzmialo to po polsku lepsze byloby uzycie 'chemiczne osadzanie z fazy gazowej z zastosowaniem związków metaloorganicznych', wzorujac sie na np. UJ. idac dalej typowo mowi sie inzynierii przerwy energetycznej. architekture mozna podziwiac na rzeczonym UJ-cie ;)

 

na koniec cos drastycznego..

 

Testowe urządzenie gromadziło elektrony z przerwy przewodzącej i dziury z przerwy walencyjnej.

 

nie ma czegos takiego jak przerwa przewodzaca* lub walencyjna. to klasyczny bohomaz jezykowy. przerwa (energetyczna) jest pomiedzy pasmami przewodnictwa i walencyjnym. panowie Walukiewicz i Yu poprzez domieszkowanie wprowadzili do niej dodatkowe pasmo (to przed MOCVD okreslona 'kolejna przerwa') zwane wlasnie posrednim.

_____

* wlasciwie powinno byc raczej 'przewodnictwa'. chyba, ze autor mial na mysli materialy amorficzne.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nie od dzisiaj wiemy, że ludzkość od dawna wywiera wpływ na środowisko naturalne. Jednak znalezienie dowodów na wczesny taki wpływ jest czymś niezwykle rzadki. Tym rzadszym, gdy mamy do czynienia z dowodami wskazującymi na poważne zmiany wywołane przez człowieka.
      Międzynarodowy zespół naukowy poinformował na łamach Science Advances, o znalezieniu dowodów, że ponad 2000 lat temu działalność rolnicza spowodowała długotrwale zmiany w cyklu obiegu azotu. Irlandzcy rolnicy epoki brązu doprowadzili do takich zmian, że w swoim szczytowym okresie zaburzyły one obieg azotu pomiędzy atmosferą, glebą a oceanami. Badając, kiedy i jak starożytne społeczności zmieniły rozkład składników odżywczych w glebie na poziomie molekularnym zyskujemy lepszą wiedzę o tym, kiedy ludzie po raz pierwszy przyczynili się do zmian środowiskowych, mówi główny autor badań doktor Eric Guiry z University of British Columbia.
      Naukowcy przeprowadzili analizy stabilnych izotopów w 712 kościach zebranych z co najmniej 90 stanowisk archeologicznych w Irlandii. Odkryli znaczące zmiany w poziomie azotu, który z gleby i roślin trafiał wraz z pożywieniem do organizmów zwierząt. Naukowcy są przekonani, że zmiany te były spowodowane coraz większą intensywnością rolnictwa, rozwojem pasterstwa i postępującym wylesianiem.
      Uzyskane obecnie wyniki są specyficzne dla Irlandii epoki brązu, jednak Guiry jest przekonany, że podobne ślady można znaleźć na całym świecie. Wpływ działalności człowieka na obecność azotu w glebie można będzie wyśledzić wszędzie tam, gdzie ludzie intensywnie modyfikowali krajobraz na potrzeby rolnictwa. Nasze badania mogą posłużyć jako model dla przyszłych odkryć.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół profesora Xaioyanga Zhu z University of Texas odkrył, iż dzięki zastosowaniu w ogniwach słonecznych plastikowego półprzewodnika można dwukrotnie zwiększyć liczbę elektronów uzyskiwanych z pojedynczego fotonu. Tym półprzewodnikiem jest policykliczny węglowodór aromatyczny, pentacen.
      Przed rokiem pisaliśmy, że profesor Zhu przeprowadził badania, z których wynikało, że wydajność ogniw słonecznym można będzie zwiększyć do 66%. Obecnie najbardziej wydajne urządzenia tego typu są w stanie przekształcić w prąd elektryczny około 31% energii słonecznej. Dzieje się tak, gdyż zdecydowaną większość energii stanowią tzw. gorące elektrony, których nie potrafiliśmy przechwytywać. Zhu pokazał, w jaki sposób można to zrobić. Profesor zaznaczył wówczas, że stworzenie szeroko dostępnej technologii będzie trudne, gdyż wymaga mocnego skoncentrowania promieni słonecznych na panelach, do czego z kolei konieczne jest opracowanie sposobów produkcji ogniw z nowych materiałów.
      Teraz zespół pod kierunkiem uczonego znalazł alternatywę. Uczeni odkryli, że możliwe jest uzyskanie dwóch elektronów z pojedynczego fotonu i ich przechwycenie. Co więcej, ich rozwiązanie nie wymagałoby koncentrowania promieni. Okazało się bowiem, że po zaabsorbowaniu fotonu przez pentacen zachodzi zjawisko MEG, o którym informowaliśmy przed kilkoma dniami, przy okazji stworzenia ogniwa słonecznego o zewnętrznej wydajności kwantowej przekraczającej 100%.
      Zdaniem Zhu zastosowanie pentacenu pozwoli na zwiększenie wydajności ogniw do 44%.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Artykuł, opublikowany w Nature Communications przez Hidekiego Hiroriego, zapowiada przełom w budowie urządzeń wykorzystujących tranzystory. Odkrycie japońskich uczonych z Kyoto University może prowadzić do pojawienia się niezwykle szybkich tranzystorów oraz bardzo wydajnych ogniw fotowoltaicznych.
      Naukowcy pracując ze standardowym arsenkiem galu zaobserwowali, że poddanie próbki działaniu krótkiego impulsu pola elektrycznego o częstotliwości przekraczającej teraherc, spowodowało pojawienie się w niej prawdziwej lawiny par elektron-dziura (ekscytonów).
      Wystarczyło włączenie pojedynczego impulsu trwającego pikosekundę, by gęstość ekscytonów, w porównaniu ze stanem wyjściowym próbki, zwiększyła się 1000-krotnie.
      Badania nad zastosowaniem terahercowych częstotliwości prowadzone są w laboratorium profesora Koichiro Tanaki, który chce stworzyć dzięki nim mikroskop pozwalający na obserwowanie w czasie rzeczywistym żywych komórek. Wpływ takich częstotliwości na półprzewodnik to efekt uboczny badań, pokazujący jednak, jak wielkie możliwości drzemią w terahercowych częstotliwościach.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badacze z amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) poinformowali o stworzeniu pierwszego ogniwa słonecznego, którego zewnętrzna wydajność kwantowa wynosi ponad 100%. Dla fotoprądu wartość zewnętrznej wydajności kwantowej - podawaną w procentach - wylicza się na podstawie liczby elektronów przepływających przez obwód w ciągu sekundy podzielonej przez liczbę fotonów z określonej długości fali, wpadających w ciągu sekundy do ogniwa słonecznego. Dotychczas nie istniały ogniwa, których wydajność w jakimkolwiek zakresie fali przekraczałaby 100%. Uczonym z NREL udało się osiągnąć szczytową wydajność kwantową rzędu 114%. W przyszłości może to pozwolić na zbudowanie ogniw słonecznych, z których energia będzie równie tania, lub tańsza, od energii uzyskiwanej z paliw kopalnych czy energii jądrowej.
      Mechanizm uzyskania wydajności większej niż 100% bazuje na procesie zwanym Multiple Exciton Generation (MEG), podczas którego pojedynczy foton o odpowiednio wysokiej energii tworzy więcej niż jedną parę elektron-dziura.
      W roku 2001 pracujący w NREL Arthur J. Nozik przewidział, że MEG będzie lepiej działało w półprzewodnikowych kropkach kwantowych niż w zwykłych półprzewodnikach. Pięć lat później w pracy opublikowanej wraz z Markiem Hanną Nozik stwierdził, że kropki kwantowe użyte w ogniwach słonecznych mogą zwiększyć ich wydajność o około 35% w porównaniu z innymi nowoczesnymi rozwiązaniami. Ogniwa bazujące na kropkach kwantowych nazywane się ogniwami trzeciej (lub kolejnej) generacji. Obecnie buduje się ogniwa pierwszej i drugiej generacji.
      Zjawisko MEG, zwane też Carrier Multiplication (CM), zostało po raz pierwszy zaprezentowane w Los Alamos National Laboratory w 2004 roku. Od tamtej chwili wiele innych ośrodków badawczych potwierdziło jego występowanie w różnych półprzewodnikach. Teraz NREL zaprezentował MEG o wartości większej niż 100%. Badań dokonano przy niskiej intensywności symulowanego światła słonecznego, a mimo to eksperymentalne ogniwo słoneczne osiągnęło wydajność konwersji energii rzędu 4,5%. To bardzo dobry wynik, biorąc pod uwagę fakt, że ogniowo nie było optymalizowane pod kątem wydajności.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Sharp opracował najbardziej wydajne ogniwo słoneczne w historii. Jest ono w stanie zamienić na prąd elektryczny aż 36,9% energii padających nań promieni słonecznych. Wydajność urządzenia została niezależnie potwierdzona przez japoński Narodowy Instytut Zaawansowanych Nauk Przemysłowych i Technologii (AIST).
      Nowe ogniwo składa się z trzech warstw ułożonych na krzemowym podłożu. Warstwę pierwszą, patrząc od podłoża, stanowi arsenek indowo-galowy (InGaAs). Warstwa środkowa została stworzona z  indu i galu (InGa), a warstwa najwyższa to fosforek indowo-galowy (InGaP).
      Sharp od lat jest liderem w rozwoju technologii ogniw słonecznych. W 2003 roku trójwarstwowe ogniwo tej firmy, bez wspomagania koncentracją promieni, osiągnęło wydajność 31,5%. Już rok później z ogniw Sharpa korzystał satelita Reimei.
      W roku 2007 dzięki skoncentrowaniu promieni słonecznych na ogniwie osiągnięto wydajność 40%.
      Dwa lata później trójwarstwowe ogniwo Sharpa pozyskało 35,8% energii z nieskoncentrowanych promieni. Obecnie poprawiono ten wynik o 1,1 punktu procentowego.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...