Новые солнечные элементы способны преобразовывать не только видимый свет, но и тепловую радиацию

Как известно, кремниевые солнечные элементы могут преобразовывать только около 30 процентов солнечного света и просто не в состоянии использовать тепловую радиацию, поступающую от Солнца. Зато существуют специализированные повышающие преобразователи (ап-конвертеры), которые могут преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет. Объединив обе технологии, исследователи из института Фраунгофера для солнечных энергосистем во Фрайбурге (ISE) разработали модернизированный солнечный элемент, в котором поглощаемое инфракрасное излучение используется для генерации электричества.

Стоит отметить, что технология, с помощью которой ИК-излучение превращается в видимый свет, была известна с 60-х годов прошлого столетия. Но только недавно ученые стали изучать возможность использования этой технологии применительно к солнечным батареям. Исследователи из института Фраунгофера совместно со своими коллегами из Университета Берна, Швейцария, и университета Хериот-Уотта в Эдинбурге, Шотландия, создали повышающий преобразователь, который позволит значительно улучшить производительность кремниевых солнечных элементов – до 40 процентов.

Принцип действия модернизированного солнечного элемента состоит в следующем. При попадании солнечного света на устройство кремниевые пластины поглощают видимый и ближний инфракрасный свет, при этом ИК-часть спектра просто проходит через них. На задней стороне устройства расположен ап-ковертер, который состоит из микрокристаллического порошка фторида иттрия натрия, включенного в полимер. Часть иттрия в преобразователе ученые заменили эрбием, элементом, активным в оптическом диапазоне и отвечающий за ап-конверсию.

Когда ИК-лучи падают на такой повышающий преобразователь, они возбуждают ионы эрбия – это означает, что они поднимаются на более высокий энергетический уровень и затем испускают свет с энергией, эквивалентной энергии световых частиц. Ап-преобразователь собирает это излучение, которое «видит» и использует солнечный элемент.

Также исследователям пришлось немного адаптировать сам солнечный элемент – его оснастили металлическими решетками и на передней, и на тыльной стороне, так, чтобы ИК-свет мог проходить через него. Но при этом видимый свет поглощается обеими сторонами устройства – эту конструкцию ученые назвали би-лицевым солнечным элементом. Ученые использовали специальное антиотражающее покрытие сторон элемента, чтобы увеличить поглощение им световых лучей.