Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Немецкие учёные создали лучшие в мире солнечные ячейки из перовскита и плёнок CIGS
06.02.2025 [22:36],
Геннадий Детинич
Учёные из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (HZB) и исследователи из Берлинского университета имени Гумбольдта (Humboldt University Berlin) сообщили о регистрации рекордного КПД новых тандемных солнечных ячеек, использующих перовскит и соединение CIGS. Оба материала позволяют создавать тонкоплёночные ячейки, поэтому даже в паре они остаются гибкими. 
Источник изображения: HZB В изготовлении новых тандемных солнечных ячеек участвовали исследователи обоих учреждений. Учёные из HZB создали контактные слои, включая базовый слой под элементом, а также нижний чувствительный слой из меди, индия, галлия и селена, который обозначается аббревиатурой CIGS. Исследователи из HZB также изготовили верхний слой — перовскитный. Контактный слой, соединяющий перовскит и CIGS, был разработан и произведён в совместной лаборатории. Именно он обеспечил прорыв — наивысшую эффективность среди аналогичных решений. При испытаниях новый тандемный элемент продемонстрировал КПД на уровне 24,6 %. Рекорд подтвердил уполномоченный Институт солнечных энергетических систем Фраунгофера во Фрайбурге (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE in Freiburg). Исследователи заявили, что созданные ими тандемные перовскит-CIGS ячейки обладают потенциалом эффективности до 30 % и выше, который они попытаются раскрыть в дальнейшей работе. В Южной Корее скрестили солнечные панели и суперконденсаторы — они подходят для мощных потребителей
31.12.2024 [23:12],
Геннадий Детинич
Учёные из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST) в Южной Корее представили гибрид солнечной панели и суперконденсатора, что даёт ряд преимуществ по сравнению с традиционными солнечными панелями. Прежде всего, гибридные панели способны отдавать большую мощность потребителю, чем не могут похвастаться обычные панели. Также встроенные в панели суперконденсаторы способны накапливать энергию на месте, улучшая эффективность солнечной системы. 
Источник изображения: DGIST Исследовательская группа значительно улучшила производительность существующих аналогов суперконденсаторов за счёт использования электродных материалов на основе переходных металлов (таких, как марганец, кобальт, медь, железо, цинк и другие) и предложила новую технологию накопления энергии, которая сочетает суперконденсаторы с солнечными элементами. Предложенная технология значительно улучшила производительность устройств хранения энергии, продемонстрировав значительные достижения в области плотности энергии, мощности и стабильности заряда и разряда. Достигнутая в исследовании плотность энергии составляет 35,5 Вт·ч/кг, что значительно выше, чем накопление энергии на единицу веса в предыдущих исследованиях (5–20 Вт·ч/кг). Плотность мощности достигает внушительных 2555,6 Вт/кг, что значительно превышает значения, полученные в предыдущих исследованиях (до 1000 Вт/кг). Разработка демонстрирует способность быстро высвобождать большую мощность, обеспечивая немедленную подачу энергии даже для мощных устройств. Кроме того, отмечены незначительные потери в ёмкости при повторных циклах зарядки и разрядки, что подтверждает пригодность устройства к длительному использованию. Наконец, эффективность встроенной системы накопления достигла 63 % и общего КПД на уровне 5,17 % при освещении 10 мВт/см2 (это примерно в 10 раз слабее, чем в среднем от солнца в безоблачный день). В этих параметрах исследователи видят большой потенциал для будущих коммерческих разработок, но они, безусловно, нуждаются в дальнейшем улучшении, прежде чем попадут на рынок. Стены зданий будут генерировать электричество — в Европе разработали солнечный кирпич с перовскитом
07.11.2024 [12:30],
Геннадий Детинич
Группа европейских учёных во главе с исследователями из Международного университета Каталонии (UIC) впервые интегрировала перовскитные солнечные элементы в строительные материалы для облицовки зданий и возведения стен. «Солнечный кирпич» разработан для простых приёмов при монтаже без необходимости кладки на цемент. С его помощью можно будет создавать собирающие солнечную энергию фасады и крыши, напрямую вовлекая архитектурные решения в генерацию. 
Источник изображений: Universitat Internacional de Catalunya Исследователи проработали вопрос интеграции перовскитных элементов со сторонами 99 × 99 мм в кирпичи из так называемой текстильной керамики. Это панели с рельефом, напоминающим грубую ткань. В ЕС в 2011 году была запатентована уникальная конструкция кирпича и технология его сухой кладки с фиксацией на стальной арматуре. Технология позволяет рабочим без особой квалификации быстро облицовывать фасады и стены, включая покрытие поверх теплоизоляции. Исследователи представили экспериментальный солнечный кирпич со сторонами 300 × 117 мм. Солнечный элемент устанавливается на него всухую в процессе крепления на L-образные стальные контакты, утопленные в керамику. От контактов идут стальные дорожки вверх и вниз для соединения с выше и ниже лежащими элементами (кирпичами). Соединение производится электросваркой. Позже выяснилось, что канавки в кирпичах оказались самым слабым местом конструкции — они увеличивали риск растрескивания кирпичей, и этот момент потребует доработки для вывода разработки на рынок.  Электросварка также оказалась неидеальным решением. При тестировании стены из солнечных кирпичей на вибрацию на частоте 10 Гц одно из мест сварного соединения разрушилось. Очевидно, надёжность соединений также необходимо изучить более тщательно. В целом, было установлено, что солнечный кирпич хорошо зарекомендовал себя «в общих чертах» с точки зрения возможностей выхода на рынок, при этом основная проблема заключалась в разрушении керамических изделий. «В будущих исследованиях необходимо пересмотреть дизайн солнечного кирпича», — заключили учёные. Созданы сверхтонкие солнечные панели для дирижаблей — их масса меньше 700 г на квадратный метр
02.11.2024 [15:13],
Геннадий Детинич
Компания Softbank сообщила о завершении разработки рекордно лёгких сверхтонких гетеропереходных солнечных панелей из кремния. Панели разрабатываются для питания летающих стратосферных платформ, способных заменить вышки сотовой связи в труднодоступных уголках планеты. Лёгкая панель весом 665 г/м2 с КПД 22,2 % стала промежуточным этапом для достижения целевого показателя 500 г/м2. 
Источник изображения: Softbank Стратосферные платформы связи, или HAPS (high altitude pseudo satellite) представлены в основном дирижаблями. Гибкие солнечные элементы будут крепиться на покатые спины и бока этих воздушных громадин. Элементы должны быть лёгкими и достаточно эффективными, но недорогими. Именно поэтому компания Softbank остановилась на кремнии. В космонавтике уже нашли применение лёгкие многослойные солнечные элементы с использованием более эффективных, чем кристаллический кремний, материалов, но они на три порядка дороже, что делает применение космических технологий на Земле нецелесообразным. Созданный по заказу Softbank китайской компанией LONGi и японской Fujipream Corporation гибкий гетеропереходный солнечный элемент состоит из защитного листа, фотоэлементов, герметика и заднего защитного листа толщиной, соответственно, 25 мкм, 80 мкм, 150 мкм и 50 мкм. Для соединения фотоэлементов друг с другом использован медный проводник толщиной 250 мкм с пайкой низкотемпературным припоем. Созданная таким образом солнечная панель размерами 563 × 584 мм весит всего 218,5 г. Панель площадью 1 м2 будет весить 665 г. Измеренный КПД панели составил 22,2 %. Компании LONGi и Fujipream изучают варианты по дальнейшему снижению веса солнечных элементов для стратосферных летающих платформ. На очереди барьер 500 г/м2. В случае массового производства подобных панелей они пригодятся для множества применений на Земле — в строительстве, автомобилестроении и в других сферах, где свободные, но неровные поверхности смогут собирать энергию солнечного света. Первые космические испытания перовскитных тандемных солнечных элементов показали их устойчивость к радиации
26.10.2024 [16:34],
Геннадий Детинич
Европейский орбитальный эксперимент OOV-Cube на высоте 933 км показал высокую устойчивость тонкоплёночных тандемных перовскитных солнечных элементов к радиации. В этом плане они оказались не хуже традиционных кремниевых элементов и при этом сулят повышение эффективности космических солнечных установок с 22–25 % до 35 % и даже до 45 %. Более того, тандемные перовскитные элементы доказали возможность самовосстановления, что само по себе дорогого стоит. 
Источник изображений: ESA Миссия OOV-Cube (On-Orbit Verification Cube, проверочный орбитальный куб) проводится с участием Европейского космического агентства, которое обеспечило запуск небольшого спутника на орбиту в июле 2024 года. Производством спутника занималась компания Rapid Cubes GmbH. На себе он несёт несколько экспериментальных фотоэлектрических панелей двух типов, и все они с перовскитными плёнками: одни элементы состоят из слоёв перовскита и кремния, а другие — из перовскита и CIGS (селенида меди индия галлия). Сами элементы созданы группой учёных из Потсдамского университета, исследовательского центра Helmholtz-Zentrum Berlin и Технического университета Берлина.  Тандемные солнечные элементы позволяют собрать больше света в расширенном диапазоне чувствительности. В обоих случаях перовскит поглощает фотоны сине-зелёного спектра, а кремний и CIGS — красного и инфракрасного, чем достигается более высокий уровень КПД тандемных ячеек. Хотя вопросы относительно долговечности перовскита остаются, испытания на орбите показали, что перовскитно-кремниевые тандемные панели деградируют так же, как традиционные кремниевые модули, что снимает некоторые из опасений относительно того, что они могут портиться быстрее. Высота орбиты OOV-Cube выбрана такой, что спутник летает в ближайшем к Земле поясе Ван Аллена, где наиболее высока радиация. Это сделано специально, чтобы испытать способность перовскитных элементов восстанавливать повреждения самостоятельно. Первые результаты обнадёживают. Создан первый в мире прототип простого солнечного элемента с потенциальным КПД до 60 %
22.10.2024 [18:25],
Геннадий Детинич
Команда учёных под руководством исследователей из Мадридского университета Комплутенсе (Universidad Complutense de Madrid) создала первый в мире солнечный элемент с использованием фосфида галлия и титана. Это соединение способно почти вдвое превзойти по эффективности кремний, обещая для одиночного p-n-перехода предельный КПД вблизи 60 %. 
Источник изображения: Universidad Complutense de Madrid «Наша группа занимается исследованиями этих элементов уже более 15 лет, — рассказал изданию PV Magazine ведущий автор исследования Хавьер Олеа Ариза (Javier Olea Ariza). — Мы опубликовали первую статью в серии [работ] в 2009 году, а в нашей последней статье мы перешли к созданию первых реальных устройств. Устройства пока работают плохо, и их текущая эффективность очень низкая. Хотя требуется дополнительная работа, теоретический потенциал этих элементов может достигать эффективности около 60 %». Самый популярный материал для производства солнечных элементов — это кремний. Ширина запрещённой зоны кремния составляет 1,1 эВ (электронвольт). Согласно пределу Шокли—Квиссера это даёт максимально допустимый теоретический предел КПД для одиночного p-n-перехода из кремния около 32 %. Выше этой величины простым способом большей эффективности для солнечной панели не получить. Необходимо накладывать друг на друга несколько переходов для поглощения разных диапазонов света либо, например, фокусировать свет — повышать его интенсивность тем или иным способом. Если учёные смогут развить одиночные переходы на основе GaP:Ti, то с его запрещённой зоной шириной 2,26 эВ эффективность преобразования одиночного перехода обещает подняться до 60 %. Но пока проделана только малая часть работы, чтобы двигаться в сторону этого невероятного результата. Учёные лишь зафиксировали, что ранний прототип GaP:Ti-элемента площадью 1 см2 способен эффективно поглощать фотоны для фотоэлектрических преобразований как ниже 550 нм, так и в узкой полосе выше этой отметки. По всей видимости, за последнее в ответе титан. Исследователи начнут работать над созданием прототипа нового элемента с более высоким КПД, с которым уже можно будет задумываться о чём-то большем, чем кремний. Представлена солнечная панель со встроенным фотохимическим аккумулятором — она даёт энергию днём и ночью
26.09.2024 [20:44],
Геннадий Детинич
Группа европейских учёных создала инновационный гибридный солнечный элемент, который будет на месте запасать энергию для расхода в тёмное время суток. Новая разработка сочетает рекордную в своей области эффективность и экологическую чистоту, используя широкодоступные материалы без дефицитных редкоземельных элементов и дорогих металлов. Общая эффективность фотоэлемента составляет скромные 14,9 %, но продукт можно развивать дальше. 
Источник изображений: UPC/Paulius Baronas Учёные из Технологического университета Чалмерса в Швеции (Chalmers University of Technology) и Испанского политехнического университета Каталонии в Барселоне (UPC) решали две задачи. Во-первых, нужно было снизить рабочую температуру кремниевого фотоэлемента, чтобы его КПД не снижался из-за перегрева — нагрев может уменьшить эффективность на 10–25 %. Во-вторых, аккумулирование энергии должно было происходить без использования редких химических элементов. Следует помнить, что любой фильтр снижает КПД фотоэлемента, что является дополнительной задачей для разработчиков.  Исследователи использовали обычную кремниевую фотоячейку, но сверху разместили прозрачный элемент для микроциркуляции жидкости. Эта жидкость обладала свойством изменять молекулярную структуру под воздействием ультрафиолетового и видимого света. Учёные назвали эту надстройку молекулярным накопителем солнечной тепловой энергии (MOST). Энергия накапливалась в виде изменения молекулярных связей в жидкости. Для высвобождения энергии нужно было восстановить прежние связи. Жидкость могла использоваться до 1000 раз или около трёх месяцев непрерывной работы.  Эффективность накопления энергии в молекулярных связях составила рекордные 2,3 % для этого метода. Одновременно жидкость охлаждала кремниевую фотоячейку, на поверхности которой она находилась. При температуре прямого нагрева до 39 °C жидкость снижала температуру кремниевого элемента на 8 °C, что повышало его эффективность на 0,2 % (до 12,6 %). Суммарная эффективность гибридного элемента составила 14,9 %. Поскольку каждую из составляющих можно улучшить, в будущем эффективность может достичь коммерчески приемлемого уровня, обеспечивая дополнительные преимущества: повышенную эффективность, долговечность и относительную дешевизну. |
© 1997—2026 3DNews
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
