QAZAQ GREEN. Исследователи из Китая предложили конструкцию перовскитного солнечного элемента, которая, по результатам компьютерного моделирования, поглощает более 95% света при углах падения от 0° до 50° и может обеспечивать стабильную выработку без систем слежения за солнцем. Статья опубликована в научном журнале Solar Energy.
Перовскитные солнечные элементы считаются перспективной технологией для фотоэлектрики следующего поколения благодаря высокой эффективности и низкой стоимости производства. В лабораторных условиях их КПД уже превысил 27%. Однако такие рекорды достигаются, когда свет падает на элемент перпендикулярно. В реальных условиях угол падения солнечных лучей постоянно меняется в течение дня и в зависимости от сезона. У обычных плоских элементов при этом растут оптические потери, а выходная мощность колеблется.
Решить проблему могут системы слежения за солнцем, которые поворачивают панели вслед за ним. Однако, как отмечают авторы, их применение ограничивают высокая стоимость, механическая сложность, необходимость обслуживания и низкая надежность, особенно в крупных проектах и встроенных в здания системах.
Исследователи предложили решить задачу на уровне самого элемента. Они разработали полусферическую структуру типа «ядро — оболочка» с текстурированной поверхностью из скругленных конусов. Такая поверхность рассеивает свет, падающий под разными углами, и возбуждает в фотоактивном слое так называемые гибридизированные резонансы Ми. За счет этого свет распределяется внутри элемента равномерно. Полусферическая форма, в свою очередь, обеспечивает симметричные пути переноса зарядов от поверхности к ядру, что облегчает их извлечение и снижает потери на рекомбинацию.
Трехмерное моделирование показало, что элемент сохраняет поглощение выше 95% в широком диапазоне длин волн при углах падения света от 0° до 50°. Максимальная плотность мощности составила 28,25 мВт/см², а разброс выходной мощности снизился до 0,02.
По мнению авторов, результаты открывают путь к стабильной выработке солнечной энергии без механических систем слежения, что может сделать ее более надежной и дешевой. Исследование поддержано Национальным фондом естественных наук Китая и программой развития науки и техники провинции Цзилинь.
https://qazaqgreen.com/news/world/3965/