Kleine Falten steigern die Leistung von Solarzellen

Mikroskopische Falten die Leistungsabgabe des flexiblen, billige Solarzellen erhöhen, findet eine neue Studie. Wissenschaftler schöpfte aus Blättern, winzigen Falten Design auf den Oberflächen der Photovoltaik-Materialien.

Das Team von Wissenschaftlern an der Princeton University, berichtet Online-22. April in der Zeitschrift Nature Photonics , die die Falten zu einer Steigerung von 47 Prozent an der Stromerzeugung geführt. Yueh-Lin (Lynn) Loo, dem principal Investigator, sagte die fein kalibrierten Falten auf der Oberfläche des Panels Kanals Lichtwellen und erhöhen die Photovoltaikmaterial Lichteinwirkung.

"Auf einer flachen Oberfläche, das Licht entweder absorbiert oder es springt zurück," sagte Loo, Professor für chemische und biologische engineering an der Princeton University. "Wenn Sie diese Kurven hinzufügen, erstellen wir eine Art Wave Guide. Und das führt zu eine größere Chance, des Lichts absorbiert. "

Das Forschungsteam Arbeit umfasst Photovoltaikanlagen relativ billige Kunststoff. Aktuelle Solar-Panels erfolgen üblicherweise aus Silizium, die eher spröde und teurer als Kunststoff ist. So weit, wurden Kunststoffplatten praktisch für den weit verbreiteten Einsatz nicht weil ihre Energieproduktion zu niedrig gewesen ist. Aber Forscher haben daran gearbeitet, um dass Effizienz mit dem Ziel der Schaffung einer billigen, robust und flexibel Quelle für Solarstrom zu erhöhen.

Wenn Forscher die Kunststoffplatten Effizienz erhöhen können, könnte das Material macht aus einem Array von Oberflächen von Einsätzen in Scheiben zu Überlagerungen auf Außenwände oder Rucksäcke produzieren.

"Es ist flexibel, biegbar, geringes Gewicht und niedrige Kosten", sagte Loo.

In den meisten Fällen haben Forscher konzentrierten sich auf die Steigerung der Effizienz der Photovoltaik Kunststoff selbst. Jüngste Entwicklungen haben viel versprechend: ein Team von der UCLA kündigte vor kurzem ein System mit 10,6 Prozent Wirkungsgrad. Das nähert sich das Niveau des 10 bis 15 Prozent als Ziel für die kommerzielle Entwicklung.

Loo sagte, dass die Faltmethode verspricht, diese Zahlen zu erhöhen. Weil die Technik mit den meisten Arten von Photovoltaik-Kunststoffen funktioniert, soll einen Impuls für Effizienz in allen Bereichen bieten.

"Dies ist ein sehr einfaches Verfahren, mit denen Sie mit jedem Material," sagte sie. "Wir haben es mit anderen Polymeren getestet und es funktioniert gut."

Bok Kim Jong, Postdoktorand in chemische und biologische Technik und Hauptautor des Papiers, erklärte in der Nature Photonics -Zeitung, dass die Falten auf der Oberfläche der Paneele Kanal Licht Wellen durch das Material in viel die gleiche Weise, dass Wasser durch Ackerland Kanäle zu führen. Die Forscher fangen im Wesentlichen durch geschwungene das Licht durch das Material, das Licht im Inneren der Photovoltaik-Material für eine längere Zeit, führt zu größeren Absorption von Licht und Energie.

"Ich erwartet, dass es die Fotostromes erhöhen würde, weil die gefaltete Oberfläche ist ganz ähnlich wie die Morphologie der Blätter, ein natürliches System mit hoher Effizienz, Ernte", sagte Kim, Postdoc in der chemischen und biologischen Technik. "Wenn ich tatsächlich Solarzellen auf der Oberseite der gefaltete Oberfläche gebaut, war jedoch seine Wirkung besser als meine Erwartungen."

Obwohl die Technik in einem Gesamtanstieg Effizienz führt, waren die Ergebnisse von besonderer Bedeutung auf der roten Seite des Lichtspektrums, hat die längsten Wellenlängen des sichtbaren Lichts. Der Wirkungsgrad von konventionellen Solarzellen Licht der Wellenlänge zunehmender radikal abfällt, und fast kein Licht wird absorbiert, wie das Spektrum der Infrarot nähert. Aber die Falttechnik erhöht Absorption an diesem Ende des Spektrums durch rund 600 Prozent fanden die Forscher.

"Schaut man sich das Sonnenspektrum, gibt es eine Menge von Sonnenlicht gibt, die wir vergeuden," sagte Loo. "Dies ist ein Weg, um die Effizienz zu steigern."

Das Forschungsteam erstellt die gefaltete Oberfläche in Howard Stone-Labor in der mechanischen und Aerospace Engineering-Abteilung durch vorsichtig eine Schicht von fotografischen Flüssigkleber mit UV-Licht aushärten. Durch die Kontrolle, wie schnell verschiedene Abschnitte des Klebers geheilt, konnte das Team vorstellen Spannungen im Material und Wellen an der Oberfläche zu erzeugen. Die flacheren Wellen wurden als Falten und die tieferen sind Falten genannt. Das Team festgestellt, dass eine Oberfläche mit einer Kombination von Runzeln und Falten die besten Ergebnisse produziert.

Obwohl die Mathematik hinter den Prozess komplex ist, ist die tatsächliche Produktion einfach. Loo, sagte, es wäre ganz praktisch für industrielle Zwecke.

"Alles hängt die Tatsache, dass Sie die Runzeln und Falten reproduzieren können," sagte Loo. "Durch die Kontrolle der Belastungen, können wir mehr oder weniger Runzeln und Falten vorstellen."

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass es die Lebensdauer der Solarzellen erhöht, um Linderung von mechanischen Beanspruchungen aus Biegung. Die Forscher fanden heraus, dass die Platten mit gefalteten Oberflächen nach dem biegen ihre Wirksamkeit behalten konnten. Ein standard-Kunststoff-Panel Energieproduktion würde nach einer Biegung um 70 Prozent verringert werden.

Loo, sagte der Forscher zogen ihre Inspiration aus den Blättern. Scheinbar ist ein einfaches Objekt, das Blatt ein Wunderwerk der Natur Technik. Die grüne Oberfläche ist perfekt konstruiert, um verbiegen und Steuern von Licht, um sicherzustellen, dass eine maximale Menge an Sonnenenergie absorbiert wird, um Energie und Nährstoffe für den Baum zu erstellen. Neuere Arbeiten von Pilnam Kim, Postdoktorand in Steins Lab, bot Einblick in wie diese mikroskopischen Strukturen auf synthetischen Geräten angewendet werden könnte.

"Wenn Sie Blätter sehr genau hinsehen, sie sind nicht glatt, sie haben diese Arten von Strukturen," sagte Loo, ist stellvertretender Direktor des Princeton Andlinger Zentrum für Energie und Umwelt. "Wir möchten diesen geometrischen Effekt in synthetischen, künstlichen Licht-Ernte Systeme zu imitieren."