Светоудерживающие солнечные элементы: простые правила проектирования для максимизации поглощения энергии солнца

Light trapping in solar cells: simple design rules to maximize absorption

Группа ученых из Великобритании, Португалии и Бразилии обнаружила, что изменения позиции рисунка решетки в конструкции солнечных батарей может увеличить ток, генерируемый кристаллическим кремнием (c-Si), на 125%. Это первый случай, когда минимальные манипуляции исследователей принесли значительное увеличение эффективности устройства.

Ученые объяснили, что вместо внедрения новых структурных конструкций, основанные на естественных текстурах или вычислительных алгоритмах, исследователи сосредоточились на теоретических расчетах того, что может оптимизировать схему рассеивания и дифракции солнечного света.

Их моделирование показало, что линии решетки, расположенные в простой периодической, квазислучайной структуре, оптимизируют работу «фотонной области» солнечной батареи: области внутри фотонной структуры, в которой в одномерном порядке расположен основной дифракционный элемент.

В эксперименте команда смоделировала производительность фотонной области в виде узорчатой шахматной доски, выполненной из кристаллической кремниевой плиты толщиной всего 1 микрометр (в несколько раз тоньше, чем паутина шелка), и сравнила ее с другими видами конструкций солнечных батарей, в том числе с плоским элементом, вертикальными линиями решетки, скрещенными линиями и другими.

Результаты показали, что шахматная доска с произвольным расположением ее повторяющихся элементов генерирует больший ток, чем любой из других элементов. Эффективность батареи выросла на 125% по сравнению с аналогами без решетчатой конструкции.