Nanopatobulinimai saulės elementuose

Mokslininkų gupė iš Didžiosios Britanijos, Šveicarijos ir Vokietijos turi tikslą sumažinti saulės elementų kainą ir padidinti jų efektyvumą. Projektas N2P (angl. Nano to Product) yra remiamas Europos Sąjungos. Mokslininkai sukūrė metodą, kuris leidžia padidinti saulės elementų sugerties savybes nematomai, bet labai svarbiai saulės spektro daliai – infraraudoniesiems spinduliams. Įprastiniai saulės elementai praktiškai nenaudoja šio bangos ilgio energijos. Didžioji šios energijos dalis praeina elementą ir yra prarandama. Pašalinę saulės elemento pagrindo paviršių bei panaudoję cheminį ėsdinimo procesą, jie gavo veidrodį, kuris atspindi infraraudonuosius spindulius atgal į elementą.

Kai šviesos spinduliai yra sklaidomi stiklo, pailgėja jų kelias silicio elemente. Todėl padidėja elektros srovės generavimas. Mokslininkams jau pavyko padidinti saulės elementų efektyvumą trisdešimčia procentų, lyginant su standartinių plonų plėvelių saulės elementų efektyvumu.

Mokslininkai iš Šveicarijos (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) dirba su plonų plėvelių Saulės elementais. Iš vienos pusės, plonų plėvelių saulės elementai turi daug teigiamų savybių – jų gamyba reikalauja mažiau žaliavų ir energijos nei įprastinių saulės elementų gamyba. Iš kitos pusės, jie turi ir trūkumų – dabartinis jų efektyvumas yra apie keturiasdešimt procentų mažesnis nei įprastinių saulės elementų – panaudojami tik septyni procentai švieos energijos.

Norėdami padidinti šviesos pagavimo efektą, jie nuėjo priešingu keliu. Plonos plėvelės saulės elemento stiklo paviršius buvo pašiurkštintas. Tuo buvo siekiama padidinti šviesos sklaidą. Kai šviesos spindulio kelias elemente pailgėja, generuojama daugiau laisvų elektronų, kurie ir kuria srovę.

Kad pašiurkštintų fotoelemento viršutinį paviršių, mokslininkai stiklą padengė papildomu kristalo sluoksniu. „Kuo didesni paviršiuje susiformavusios kristalo nanonelygumai (nanopiramidės), tuo didesnė šviesos spindulių difuzija“, – pasakė Silveinas Nikolėjus (Sylvain Nicolay). Taip plonų plėvelių saulės elementų efektyvumas buvo padidintas nuo septynių iki dešimties procentų.

Nanokristalai, kuriuos naudojo Nikolėjus, buvo sukurti Salfordo (Salford) universitete, Mančesteryje. Iki šiol tokie nanokristalai buvo atvežami iš Japonijos, todėl tokių saulės elementų gamyba buvo labai brangi. Šiuo metu mokslininkai bando savo pačių sukurtus kristalus. Norima sukurti metodą, kuris leistų juos pagaminti žymiai pigiau ir sumažintų saulės elementų savikainą.

Kiekvienas atskiras saulės elementų patobulinimo metodas duoda tik mažą efektą. Tačiau abiejų metodų sujungimas leis sukurti konkurencingesnį produktą, lyginant su šiuo metu esamais plonų plėvelių saulės elementais.