Ogniwo słoneczne

Ogniwa słoneczne uczulone barwnikiem, czyli DSSC, to technologia trzeciej generacji ^[1] w dziedzinie fotowoltaiki . Są one klasyfikowane jako rodzaj cienkowarstwowych ogniw słonecznych, ^[2] co oznacza, że ​​wymagają tylko niewielkiej ilości materiału na ogniwo w porównaniu z ogniwami słonecznymi pierwszej generacji, dzięki czemu DSSC są lżejsze i bardziej odporne fizycznie niż ich odpowiedniki pierwszej generacji. Wykorzystują proces podobny do fotosyntezy do wytwarzania energii elektrycznej, co czyni je przykładem biomimikry .

Ogniwa słoneczne uczulone barwnikiem to obiecująca technologia, ponieważ są niedrogie i odporne, co czyni je idealnymi do zastosowań na dużą i małą skalę. ^[3] Mają jednak niższą wydajność niż większość innych typów ogniw słonecznych, dlatego do wytworzenia tej samej ilości energii elektrycznej wymagają więcej miejsca niż inne typy ogniw słonecznych. Wadę tę kompensuje niski koszt oraz większa odporność i elastyczność. ^[4]

Zapotrzebowanie na energię elektryczną na świecie rośnie z dnia na dzień. A ponieważ w dalszym ciągu produkujemy ten towar za pomocą ograniczonych środków, zbliżamy się do nieuchronnej katastrofy. Powszechnie wiadomo, że paliwa kopalne są drogim zasobem i w końcu się wyczerpią. Z tego powodu należy rozpocząć ruch promujący, tworzący i utrzymujący przyjazną dla środowiska, efektywną i odnawialną energię . Rozwiązaniem tego problemu jest technologia, która już została stworzona. To nie jest opowieść science fiction. Wykorzystanie sił natury, takich jak wiatr, woda i słońce, może pozwolić na produkcję energii elektrycznej. Te alternatywy dla spalania paliw kopalnych mogą nie być tak skuteczne; jednakże potencjał ich udoskonalenia daje nadzieję, że pewnego dnia środki te będą mogły zostać wykorzystane w sposób szerzej. Stworzyłoby to czystsze środowisko dla wszystkich i nadal zapewniłoby energię elektryczną tym, którzy jej potrzebują.

Zdecydowałem się omówić ogniwa słoneczne, ponieważ wszyscy możemy polegać na tym, że słońce świeci i pozwala na pozyskiwanie energii słonecznej . Będziemy mieli wiele lat energii słonecznej . Tak jak rośliny pozyskały energię słoneczną, tak i my powinniśmy zapewnić czystą i dostatnią przyszłość. Jednym z nowych osiągnięć w skali nano jest zastosowanie arsenku galu w ogniwach słonecznych w celu poprawy wydajności elektrycznej . W tym artykule zarysuję naukę o tym, jak działa ogniwo słoneczne z arsenkiem galu, jak je stworzyć i jaki będzie możliwy rozwój tego kierunku w przyszłości.

Wielozłączowe ogniwa słoneczne (MJ) wykorzystują wiele warstw półprzewodników ^W (podogniwa) do wytwarzania energii elektrycznej z wysoką wydajnością roboczą. Każda warstwa ma unikalne pasmo wzbronione ^W zaprojektowane tak , aby skutecznie pochłaniać określony segment widma słonecznego ^W. Ma to dwie ważne zalety w porównaniu z urządzeniami jednozłączowymi (SJ): szerszy zakres absorpcji padających fotonów ^W, a także bardziej efektywne pozyskiwanie energii z tych fotonów. Najniższa przerwa wzbroniona ogniwa MJ będzie mniejsza niż w przypadku typowego pasma wzbronionego SJ. Dlatego komórka MJ może absorbować dodatkowe fotony, które mają mniejszą energię niż pasmo wzbronione SJ, ale większą niż jej najniższe pasmo wzbronione. Komórka MJ będzie absorbować te same fotony wydajniej, ponieważ szczeliny wzbronione bliższe energii fotonów zmniejszą straty termizacyjne. Na przykład przerwa wzbroniona SJ wynosząca 1 eV może wydobyć tylko 1 eV z fotonu o energii 3 eV, przy czym 2 eV zostaną zmarnowane w wyniku rozpadu termicznego. Z drugiej strony komórka MJ z górnym pasmem wzbronionym wynoszącym 2 eV wydobędzie z tego samego fotonu dwukrotnie większą energię. Rysunek 1 ilustruje różnicę w absorpcji energii pomiędzy potrójnym ogniwem MJ i ogniwem SJ. Kolorowe obszary pokazują ilość energii , jaką może wydobyć każde ogniwo. Tabela 1 podaje optymalne przerwy wzbronione i odpowiadające im wydajności dla ogniw MJ. Tabela pokazuje, jak dodatkowe złącza zwiększają maksymalną wydajność . Jednak dodanie złączy zwiększa również złożoność i koszt urządzenia. Należy zaznaczyć, że zastosowanie koncentratorów dodatkowo zwiększa potencjalną efektywność.