Команда ученых из Университета Манчестера решила ключевой недостаток солнечных батарей после 40 лет исследований по всему миру. Солнечные панели являются одними из наиболее доступных систем производства энергии из возобновляемых источников из-за их относительно невысокой стоимости и доступности для потребителей. Тем не менее, большинство солнечных элементов достигают эффективности только 20% на каждый кВт эквивалентного солнечного света, может вырабатываться около 200 Вт электроэнергии.
Международная команда исследователей решила ключевую проблему дефекта материала, которая ограничивает и ухудшает эффективность солнечного элемента. Она была известна и изучалась более 40 лет.
— В первые часы работы после установки КПД солнечной панели падает с 20 до 18%. Абсолютное снижение эффективности на 2% может показаться не таким уж большим делом, но если учесть, что эти солнечные панели сейчас отвечают за обеспечение большой и экспоненциально растущей доли мировых потребностей в энергии, то это значительная потеря генерирующих мощностей, — отметил профессор Тони Пикер.
В итоге недовыработка по всему миру исчисляется десятками гигаватт, что эквивалентно большему количеству энергии, чем производится объединенной в общей сложности 15 атомными электростанциями Великобритании. Поэтому солнечный дефицит должен быть покрыт другими менее устойчивыми источниками энергии, такими как сжигание ископаемого топлива.
Междисциплинарный экспериментальный и теоретический подход, использованный исследователями, выявил механизм, ответственный за световую деградацию (LID). Комбинируя специализированную электрическую и оптическую технику, известную как «переходная спектроскопия глубокого уровня» (DLTS), команда обнаружила наличие дефекта материала, который изначально находится в состоянии покоя в кремнии, используемом для изготовления ячеек.
Электронный заряд внутри большей части кремниевого солнечного элемента преобразуется под воздействием солнечного света, что является частью процесса генерации энергии. Команда обнаружила, что это преобразование включает высокоэффективную «ловушку», которая прерывает поток фотогенерированных носителей заряда (электронов).
К счастью, исследователи обнаружили, что эффект был обратимым, срок службы снова увеличивался, когда материал нагревался в темноте, процесс, обычно используемый для удаления «ловушек».