Hybrydowa technologia słoneczna wykorzystująca ciepło i światło Słońca
Materiały absorpcyjne należą do najważniejszych elementów urządzeń fotowoltaicznych. Aby ogniwo słoneczne mogło być wydajne, musi przechwytywać i przekształcać w energię elektryczną światło z całego widma elektromagnetycznego. Nie znamy jednak substancji zwiększających czułość, które miałyby takie właściwości. Uczestnicy projektu GLOBASOL (Global solar spectrum harvesting through highly efficient photovoltaic and thermoelectric integrated cells), finansowanego ze środków UE, być może znaleźli inne rozwiązanie tego problemu, polegające na wykorzystaniu zaawansowanych koncepcji zarządzania światłem oraz nowych optycznie aktywnych materiałów przechwytujących promieniowanie słoneczne z niemal całego widma. Naukowcy opracowali sensybilizujące mezoskopowe ogniwa słoneczne (SMSC) wykorzystujące organiczne i metaloorganiczne barwniki panchromatyczne oraz quasi-stałe elektrolity, które zbierają promieniowanie o falach do 750 nm. Promieniowanie w zakresie 750-1 100 nm jest przechwytywane przez SMSC dzięki kropkom kwantowym. Rewolucyjne fotoniczne struktury pasma wzbronionego wzmacniają absorpcję fotonów czerwieni i bliskiej podczerwieni przez SMSC. Dzięki transparentności dla fotonów o niższej energii systemy te można wykorzystać jako górne ogniwa w urządzeniach podwójnych do przechwytywania dużej części emisji słonecznej. Promieniowanie fal długich (powyżej 1100 nm) zostało wykorzystane w urządzeniach termoelektrycznych. W projekcie GLOBASOL opracowano nowe materiały oparte na organizowanych kropkach kwantowych, nanoprzewodach i stopach zbiorczych, cechujące się wydajnością w temperaturach w zakresie 500-700 K. Naukowcy wykorzystali podwójne architektury ogniw oraz odpowiednie urządzenia optyczne — soczewki lub zwierciadła skupiające — umożliwiające skuteczne rozszczepianie światła i zwiększenie wydajności urządzeń termoelektrycznych. Ważnym osiągnięciem było opracowanie wysoce wydajnych stałych hybrydowych ogniw słonecznych na bazie metaloorganicznych absorberów perowskitowych z trihalogenku. Po zmieszaniu soli dwujodku ołowiu i jodku metyloamonu w roztworze materiał naturalnie tworzy symetryczne kryształy, których struktura pomaga uwalniać ładunki elektryczne po wzbudzeniu ich przez światło słoneczne. Kryształy te uważane są za nową generację materiałów umożliwiających zwiększenie wydajności konwersji energii do ponad 17%. Integrację SMSC i ogniw termoelektrycznych przeprowadzono ostrożnie, tak aby zachować wysoką wydajność oddzielonych ogniw. Ogólna wydajność konwersji energii urządzenia przekroczyła 28%, co jest wynikiem dużo lepszym niż w przypadku innych dostępnych rozwiązań.
Słowa kluczowe
Hybrydowe ogniwo słoneczne, fotowoltaika, termoelektryczne, perowskity, GLOBASOL, urządzenie termoelektryczne
