Connect with us

Năng lượng

Pin Mặt Trời Đang Trên Đà Đạt 50% Sản Lượng

Published

on

Các nhà khoa học đang nghiên cứu để chế tạo pin mặt trời nhiều lớp hiệu quả hơn. Richard Stevenson tìm hiểu lý do tại sao chúng có nhiều khả năng đạt được trong không gian hơn là trên Trái đất. Khi nói đến pin mặt trời, độ tin cậy là rất quan trọng. Các tấm pin mặt trời thương mại, được làm bằng silicon, thường đạt năng suất 20%, xác định lượng điện có thể thu được từ các mái nhà và trang trại năng lượng mặt trời. Trong trường hợp vệ tinh, hiệu suất quyết định kích thước cũng như trọng lượng của các tấm pin mặt trời được sử dụng để cung cấp năng lượng cho tàu, điều này có tác động đáng kể đến chi phí sản xuất và phóng.

Người ta hấp dẫn sử dụng một vật liệu ngăn chặn tất cả ánh sáng của Mặt trời, từ tia năng lượng cao trong tia cực tím, xuyên qua vùng có thể nhìn thấy, cũng như bước sóng rất dài của tia hồng ngoại, để tạo ra một đơn vị thực sự hiệu quả. Một tế bào làm bằng Telluride thủy ngân, biến đổi hầu như tất cả các photon tới của Mặt trời thành các electron tạo ra dòng điện, có thể là kết quả của chiến lược này. Tuy nhiên, có một chi phí đáng kể: mỗi photon được tiêu thụ bởi chất này chứa một lượng điện không đáng kể, ngụ ý rằng sản lượng điện của thiết bị sẽ rất đáng tiếc.

Một chiến lược an toàn hơn là chọn chất bán dẫn có cấu hình hấp thụ cân bằng giữa năng lượng được tạo ra bởi mỗi photon thu được với tỷ lệ ánh sáng mặt trời được tế bào hấp thụ. Gali arsenide là một chất tồn tại ở nơi ngọt ngào này (GaAs). GaAs từ lâu đã là một trong những sản phẩm tiên tiến để thiết kế pin mặt trời hiệu suất cao. Nó thường được sử dụng trong điện thoại thông minh để tăng cường tín hiệu tần số vô tuyến và tạo ra ánh sáng laser để nhận dạng khuôn mặt. Tuy nhiên, những tế bào này không hoàn hảo; ngay cả sau khi loại bỏ các sai sót vật liệu làm giảm hiệu quả, các pin mặt trời GaAs tốt nhất vẫn không đạt được hiệu suất trên 25%.

Xếp chồng các chất bán dẫn khác nhau lên trên chất bán dẫn khác và cố tình chọn một hỗn hợp thu được hiệu quả sản lượng của Mặt trời sẽ mang lại nhiều lợi ích hơn nữa. Trong nhiều thập kỷ, hiệu suất của pin mặt trời đã tăng lên, cũng như số lượng lớp hấp thụ ánh sáng, trong quá trình đầy thử thách này. Năm ngoái, một nhóm từ Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia ( NREL ) ở Golden, Colorado, đã công bố một hệ thống có hiệu suất phá kỷ lục 47,1%, cận kề mức nguy hiểm gần mốc 50% (Nature Energy 5 326). Cấu trúc của bốn lớp hấp thụ trước đây vẫn giữ nguyên tiêu đề này, nhưng các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ đã phát hiện ra rằng sáu là “điểm ngọt tự nhiên”, theo lời trưởng nhóm John Geisz.

Thật không dễ dàng để đạt được cho đến nay vì việc tạo các khung công tác nhiều lớp từ các vật liệu khác nhau là một điều không hề đơn giản. Epitaxy, một phương pháp trong đó vật liệu được nuôi cấy một lớp nguyên tử tại thời điểm này trên chất nền tinh thể, được sử dụng để tạo ra pin mặt trời hiệu suất cao. Chỉ khi khoảng cách nguyên tử của mọi vật liệu bên trong ngăn xếp rất gần nhau thì sự phát triển biểu mô sẽ cung cấp các khung tinh thể chất lượng cao cần thiết cho một pin mặt trời hiệu quả. Điều kiện này, được xác định là đối sánh mạng tinh thể, giới hạn phạm vi sản phẩm có thể được sử dụng; Chẳng hạn, silicon không thể được sử dụng vì nó thiếu một nhóm hợp kim có khoảng cách nguyên tử bằng nhau.

Continue Reading

© 2021