Självkylning, långvarigare och effektivare solceller ligger inom räckhåll genom att helt enkelt lägga till ett tunt lager av glas.
Ett papper publicerat idag i onlinejournalen Optica skisserar en möjlig lösning för bättre tillgång till solenergi.
Solceller arbetar genom att omvandla solstrålning till energi. Genom denna process förväntas en viss energitänkning.
Men en överraskande mängd energi går förlorad genom överhettning av solceller. Detta begränsar cellens förmåga att producera el och minskar dess livslängd.
Slår på värmen
Du har nu möjlighet forskargrupp från Stanford University i Kalifornien fann att när ett tunt lager av kiselglas inbäddad med små kon och pyramidstrukturer placeras över toppen av kisel solceller, sjunker driftstemperaturen hos cellerna dramatiskt.
Ledde av professor i elektroteknik Shanhui Fan upptäckte forskarna att detta lager av glas omdirigerar oönskad värme genom atmosfären och in i rymden.
Genom att eliminera överflödig infraröd strålning är solcellerna svala och effektivare vid omvandling av solstrålar till energi.
Denna ritning visar hur solceller kyler sig genom att hämta bort oönskade värmestrålning. Pyramidstrukturerna gjorda av kiselglas ger maximal radiativ kylningskapacitet. L. Zhu / Stanford University
Denna ritning visar hur solceller kyler sig genom att hämta bort oönskade värmestrålning. Pyramidstrukturerna gjorda av kiselglas ger maximal radiativ kylningskapacitet. L. Zhu / Stanford University
Lead författare på papperet, doktor fysik kandidat Linxiao Zhu, sade att upptäckten kan leda till att utveckla mer kostnadseffektiva solpaneler, vilket gör dem till en bättre alternativ för förnybar energi.
"Att sänka solcellens temperatur leder till högre driftseffektivitet," sade Zhu.
"Dessutom ger en lägre driftstemperatur för solceller en betydligt längre livslängd, vilket minskar den nivåerade kostnaden för energi från ett system."
Minska bortspillad energi
Enligt papperet är den övre gränsen för effektomvandlingseffektivitet för en enda kiselcell omkring 33.7%. När cellen värmer upp går den effektiviteten ner - ungefär en halv procent för varje grad ökar temperaturen.
Kostnaderna för aktiva metoder för kylning av solceller - som ventilation eller flytande kylmedel - uppväger fördelarna. Så fram till nu har förlusten av effektivitet genom överhettning inte lösts.
Denna passiva metod fungerar genom att använda olika våglängder av solstrålning. Synligt ljus i spektret är bäst vid att bära energi, medan infraröd bär mer värme.
Forskarna beräknade att genom att "vrida bort" den infraröda strålningen med hjälp av kiseldioxidglas går värmen ner utan att negativt påverka den mängd synligt ljus som solcellen kan absorbera.
"Vi kom fram med en optimal design som består av mikroskala silikapyramider," säger professor Fan.
"[Detta] maximerar både kylförmågan via den radiativa kylmekanismen, samtidigt som den är transparent vid våglängderna av solstrålning."
Australian National University s Andrew Blakers sade att medan författarna till denna studie har en sund teoretisk grund, är denna modell osannolikt att vara genomförbar i den verkliga världen.
"Tyvärr är jämförelserna i papperet mellan speciella strukturer och nakna solceller, snarare än med inkapslade celler [och] bara solceller används aldrig i fältet", säger Bakers, som är direktör för Centrum för Sustainable Energy Systems (CEC) vid ANU.
"Standardglasets superstrat har många funktioner, bland annat seghet, repfasthet, strukturell hållfasthet, motstånd mot fuktighet, vidhäftning mot EVA / silikon.
"Glasstrålningsstraten måste förkastas eftersom det orsakar för mycket parasitisk absorption av termisk strålning - det skulle behöva ersättas av ett substrat för att göra modulen självbärande."
Docent Ben Powell från University of Queensland sade att medan detta tillvägagångssätt är en spännande möjlighet kan kostnaden överväga fördelarna.
"Om det inte går att göra billigt nog, kommer den extra el som erhålls från effektivitetsvinsterna och de sparade kostnaderna att ersätta solceller inte att betala för beläggningen - i vilket fall ingen kommer att vara intresserad av att använda den", säger fysikern .
"Det är en mycket elegant och lovande idé, men det finns en lång väg att gå innan du hittar det på ditt tak."
Trots detta är pappersförfattarna övertygade om att framtida utveckling är möjlig. Enligt Linxiao Zhu är nästa steg att tillämpa denna forskning på praktiska tillämpningar.
"Vi validerade denna design via extremt exakta numeriska metoder och arbetar nu för att experimentellt demonstrera de första prototyperna," sa han.
Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.
