Большинство солнечных элементов, используемых в домах и в промышленности, изготавливаются с использованием толстых слоев материала для поглощения солнечного света, но в прошлом их использование было ограничено из-за относительно высокой стоимости. Многие новые, более дешевые конструкции ограничены, поскольку их слой светопоглощающего материала слишком тонкий, чтобы извлекать достаточно энергии.В новом исследовании ученые продемонстрировали, что эффективность всех конструкций солнечных панелей можно повысить на 22%, если покрыть их поверхность алюминиевыми штырями, которые изгибаются и улавливают свет внутри поглощающего слоя.На микроскопическом уровне гвоздики делают солнечные панели похожими на взаимосвязанные строительные кубики LEGO, с которыми играют дети по всему миру.
Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports учеными из Имперского колледжа Лондона и международными сотрудниками из Бельгии, Китая и Японии.«В последние годы эффективность и стоимость коммерческих солнечных панелей улучшились, но они остаются дорогими по сравнению с ископаемым топливом. Поскольку поглощающий материал сам по себе может составлять половину стоимости солнечной панели, наша цель состояла в том, чтобы сократить до минимума количество это необходимо », — сказал ведущий автор доктор Николас Хилтон с факультета физики Имперского колледжа Лондона.
«Успех нашей технологии в сочетании с современными антибликовыми покрытиями позволит нам пройти долгий путь к высокоэффективным и тонким солнечным элементам, которые могут быть доступны по конкурентоспособной цене».Доктор Хилтон и его коллеги прикрепили ряды алюминиевых цилиндров диаметром всего 100 нанометров к верхней части солнечной панели, где они взаимодействуют с проходящим светом, заставляя отдельные световые лучи менять курс.
Из света извлекается больше энергии, поскольку лучи эффективно захватываются внутри солнечной панели и проходят на большие расстояния через ее поглощающий слой.В прошлом ученые пытались добиться эффекта изгиба света, используя серебряные и золотые гвоздики, потому что эти материалы, как известно, сильно взаимодействуют со светом, однако эти драгоценные металлы фактически снижают эффективность, поскольку они поглощают часть света до того, как он попадает в солнечную панель.«Ключ к пониманию этих новых результатов заключается в том, как внутренние структуры этих металлов взаимодействуют со светом. Золото и серебро оказывают сильное влияние на проходящие световые лучи, которые могут проникать в крошечные стержни и поглощаться, в то время как алюминий имеет различное взаимодействие и просто изгибает и рассеивает свет, проходя мимо них в солнечные элементы ».
Дополнительным преимуществом этого решения является то, что алюминий дешевле и в гораздо большем количестве, чем серебро и золото.Будущий успех этой технологии открывает возможность создания гибких солнечных панелей, которые можно будет прикрепить к любой плоской или изогнутой поверхности, которые можно будет использовать для питания всего, от бытовой техники до портативной электроники, такой как ноутбуки.