Forskere løser videnskabeligt puslespil, der kan forbedre solpaneleffektiviteten

En Loughborough University Ph.D. elev har været med til at kaste lys over et solpanel -puslespil, der kan føre til, at mere effektive enheder udvikles.

Det meste af verdens solenergi produceres i øjeblikket af solpaneler - også kendt som fotovoltaiske paneler - der er lavet af silicium.

For nylig, der er skabt nye solpaneler, der er fremstillet af et halvledende materiale kaldet cadmiumtellurid (CdTe).

CdTe -paneler har vist sig at producere elektricitet til lavere omkostninger end siliciumpaneler, og der er sket en dramatisk gevinst i effektiviteten ved at tilføje et element kaldet selen til cadmiumtellurid.

Som resultat, elektricitet fra CdTe solparker produceres billigere end det er fra fossile brændstoffer, der giver økonomiske såvel som miljømæssige fordele rundt om i verden.

Indtil nu, det var ikke godt forstået, hvorfor selen øger effektiviteten, men takket være Tom Fiducia, en ph.d. Forskningsstuderende i Center for Renewable Energy Systems Technology (CREST), og et internationalt team af forskere, puslespillet er løst.

Tom har arbejdet med førende soleksperter fra CREST, Durham University, University of Oxford og Colorado State University, i USA, at undersøge den effekt, selen har i solpaneler, og gruppen har fået deres fund offentliggjort i Naturenergi -et månedligt fagfællebedømt videnskabeligt tidsskrift, der kun deler den bedste energiforskning på tværs af natur- og samfundsvidenskaberne.

Deres papir, med titlen 'Forståelse af selens rolle i defektpassivering for meget effektive selenlegerede cadmiumtellurid-solceller', har afsløret, at selen virker ved at overvinde virkningen af ​​skadelige, atomskala defekter i CdTe paneler.

Dette forklarer stigningen i effektiviteten som elektroner (subatomære partikler, der bærer elektricitet), som genereres når sollys rammer solpanelet, er mindre tilbøjelige til at blive fanget og tabt ved fejlene. Dette øger mængden af ​​ekstraheret strøm.

Tom, hvem er hovedforfatter til papiret, siger, at teamet opdagede denne "uventede" adfærd ved at måle, hvor meget lys der udsendes fra selenholdige paneler.

Da selen ikke er jævnt fordelt over panelerne, de sammenlignede 'luminescensen', der blev udsendt fra områder, hvor der var lidt til intet selen og områder, hvor selen var meget koncentreret.

Tom forklarede:"Selvom det virker kontraintuitivt, godt solcellemateriale, der er defektfrit, er meget effektivt til at udsende lys, og så lyser stærkt.

"Vi kortlagde luminescensen fra en selenholdig solcelle med en opløsning på omkring 1/10, 000 af en millimeter og sammenlignede det med et tilsvarende højopløseligt kort over selenkoncentrationen taget på nøjagtig samme område af cellen.

"Det er påfaldende indlysende, når man ser dataene, at selenrige regioner lyser meget lysere end det rene cadmiumtellurid, og effekten er bemærkelsesværdig stærk. "

Tom håber, at resultaterne vil føre til forbedrede solpaneler og øget brug over hele kloden.

Han kommenterede:"Nu hvor den seleninducerede effektivitetsforbedring er bedre forstået, det kan være muligt at bruge denne viden til at øge effektiviteten af ​​cadmiumtellurid -solpaneler endnu mere.

"For eksempel, dette kan være ved blot at øge mængden af ​​selen i enhederne eller ændre dets fordelinger i cellen.

"Hvis effektiviteten kan øges, dette ville yderligere sænke elpriserne og have en direkte positiv indvirkning på regioner, der anvender teknologien. "

Af at dukke op i Naturenergi , han sagde:"Det er rart at have en vis sikkerhed for, at dit arbejde går i de rigtige linjer.

"Jeg håber, at resultaterne kan være nyttige for andre forskere og i sidste ende have en positiv indvirkning."

Professor Michael Walls, Professor i solcelleanlæg og det akademiske tilsyn med Toms ph.d. forskning, sagde:"Nu ved vi, hvordan selen forbedrer solcelleeffektiviteten, det burde være muligt at forbedre effektudgangen yderligere.

"Det er et godt eksempel på, at et internationalt team arbejder sammen, bidrager med deres ekspertise og faciliteter og udvikler en grundlæggende forståelse for, hvordan enheder virkelig fungerer."