Naukowcy stojący za tymi postępami – będący przedstawicielami SPIE (International Society for Optics and Photonics) – zwiększyli wydajność krzemowych ogniw słonecznych. Jak udało im się tego dokonać? Możemy się tego dowiedzieć z publikacji zamieszczonej w Advanced Photonics Nexus.
Czytaj też: Niczym paliwo jądrowe w fotowoltaice. Stworzyli materiał 300% wydajniejszy od dzisiejszych paneli
Kluczem do osiągnięcia podwyższonej sprawności konwersji energii okazało się wykorzystanie powłok antyrefleksyjnych. Takie struktury, oparte na jednowarstwowych krzemowych metapowierzchniach, umożlwiają osiąganie szerokopasmowego tłumienia odbicia w zakresie długości fal od 500 do 1200 nm dla kątów padania do 60 stopni.
Zwykle stosowane kilkuwarstwowe dielektryczne powłoki antyrefleksyjne pozwalają na zwiększenie transmisji światła słonecznego, choć należy mieć na uwadze, że dotyczy to bardzo ograniczonego zakresu długości fal. W świetle ostatnich ustaleń inżynierowie wykazali, że niemal połowa energii słonecznej docierającej do krzemowego ogniwa słonecznego ulega stracie na skutek odbicia zachodzącego na granicy krzem-powietrze.
Naukowcy szukali sposobów na to, by zwiększyć wydajność osiąganą przez ogniwa krzemowe. Kluczem do sukcesu okazało się wdrożenie nowej powłoki antyrefleksyjnej
Stosując powłoki antyrefleksyjne można jednak ograniczać zjawiska odbicia i zapewnić zwiększenie prądu fotogenerowanego. Wykorzystana w tym celu pojedyncza warstwa o minimalnej grubości składa się z polikrystalicznych nanostruktur krzemowych. Przeprowadzone testy wykazały, jakoby odbicie uśrednione w widmach widzialnym i bliskiej podczerwieni spadło do zaledwie około 2% i 4,4% w przypadku padania normalnego i ukośnego.
Co istotne, skuteczność takiego rozwiązania udowodniono nawet w sytuacji, gdy światło słoneczne pada pod dużym kątem. Wykorzystana przez członków zespołu badawczego warstwa działa w całym spektrum widzialnym i bliskiej podczerwieni, czyli w zakresie od 500 do 1200 nanometrów. Poza zadowalają skutecznością, istotną cechą takiego rozwiązania jest również prostota. Ta powinna pozwolić na popularność tej technologii.
Czytaj też: Chiny prześcignęły USA w energetyce jądrowej. To tam będzie wkrótce najwięcej energii z atomu
Warto podkreślić, iż dokonane postępy mogłyby przełożyć się na praktyczne zastosowania wykraczające poza sektor fotowoltaiczny. Mowa między innymi o wykorzystaniu na potrzeby projektowania czujników oraz innych urządzeń optycznych. Istotną rolę w prowadzonych badaniach odegrało uczenie maszynowe, co pokazuje, jak ważny jest udział narzędzi opartych na sztucznej inteligencji w prowadzeniu tego rodzaju eksperymentów.