Araştırmacılar, görünür ışık spektrumunun kenarında bulunan yakın kızılötesi ışığı yakalayabilen yeni bir tür yarı iletken alaşımı geliştirdiler.
Üretilmesi daha kolay ve en azından% 25 önceki formülasyonlara göre daha ucuzdur, dünyanın en yakın kızılötesi ışığını yakalayabilen en uygun maliyetli malzeme olduğuna inanılmaktadır - ve yoğunlaştırıcı fotovoltaiklerde sıklıkla kullanılan galyum arsenit yarı iletkenleriyle uyumludur.
“Konsantratör fotovoltaikleri yeni nesile güç verebilir.” Konsantratör fotovoltaikleri, güneş ışığını galyum arsenit veya germanyum yarı iletkenlerden oluşan küçük, yüksek verimli güneş pillerine toplar ve odaklar. Yüzde 50'in üzerinde verimlilik oranları elde etmek için yoldalar, konvansiyonel düz panel silikon güneş pilleri ise 20'lerin ortasında.
Materyal bilim ve mühendislik profesörü Rachel Goldman'ın yanı sıra laboratuvarı alaşımını geliştiren Michigan Üniversitesi'ndeki fizikten “Düz panel silikon, verimlilik açısından temel olarak maksimuma çıkarıldı” diyor. “Silikon maliyeti düşmüyor ve verimlilik artmıyor. Konsantratör fotovoltaikleri yeni nesle güç verebilir. ”
Günümüzde yoğunlaştırıcı fotovoltaik çeşitleri bulunmaktadır. Birbirlerine katmanlı üç farklı yarı iletken alaşımdan yapılmıştırlar. Bir yarı iletken gofret üzerine moleküler ışın epitaksi denilen bir işlemle (tek tek elementlerle biraz boyamaya benzer) püskürtülür, her katman sadece birkaç mikron kalınlığındadır. Katmanlar, güneş spektrumunun farklı kısımlarını yakalar; bir katmandan geçen ışık diğeri tarafından yakalanır.
InnerSelf'ten En Son Haberleri Alın
Ancak yakın kızılötesi ışık bu hücreler arasında düzensiz bir şekilde kayar. Araştırmacılar yıllardır, bu ışığı yakalamak için hücrelere sıkıştırılabilen zor bir “dördüncü katman” alaşımına doğru çalışıyorlar. Bu uzun bir emirdir; alaşım, güneş pilindeki diğer üç katmana uyan atomik bir yapıya sahip, düşük maliyetli, kararlı, dayanıklı ve kızılötesi ışığa duyarlı olmalıdır.
Tüm bu değişkenleri doğru yapmak kolay değildir ve şimdiye kadar araştırmacılar beş veya daha fazla element kullanan son derece pahalı formüllerle sıkışmış durumdalar.
Daha basit bir karışım bulmak için, Goldman'ın ekibi süreçteki birçok değişken hakkında sekmeleri tutmak için yeni bir yaklaşım geliştirdi. Üniversitede yapılan X-ışını kırınımı ve Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda yapılan iyon ışını analizi ile özel yapım bilgisayar modellemesi ile yerinde ölçüm yöntemlerini birleştirdiler.
Bu yöntemi kullanarak, biraz farklı bir arsenik molekül tipinin bizmut ile daha etkili bir şekilde eşleşeceğini keşfettiler. Karışımdaki azot ve bizmut miktarını ayarlayabildiler, böylece önceki formüllerin gerektirdiği ek bir üretim aşamasını ortadan kaldırabildiler. Ve tam olarak, elemanların düzgün bir şekilde karışmasını ve substrata güvenli bir şekilde yapışmasını sağlayacak doğru sıcaklığı buldular.
Goldman, “'Büyü' materyal bilimcileri olarak sıklıkla kullandığımız bir kelime değil,” diyor. “Ama sonunda doğru yaptığımız zamanki gibi hissettim.”
İlerleme, Galman arsenit yarı iletkenlerinde kimyasal katmanların elektriksel özelliklerini ayarlamak için kullanılan "doping" işlemini basitleştiren Goldman'ın laboratuarından bir başka inovasyonun topuklarıyla geliyor.
Doping sırasında, üreticiler yarı iletkenlerin elektriği nasıl ilettiklerini değiştirmek ve pillerin elektrotlarına benzer şekilde pozitif ve negatif polarite vermek için “tasarımcı safsızlıkları” adı verilen kimyasalların bir karışımını uygular. Genellikle galyum arsenit yarı iletkenleri için kullanılan doping ajanları, negatif tarafta silikon ve pozitif tarafta berilyumdur.
Berilyum bir problemdir - zehirlidir ve silikon katkı maddelerine göre 10 kat daha pahalıdır. Berilyum ayrıca üretim sürecinde esnekliği sınırlayan ısıya duyarlıdır. Ancak ekip, daha önce kabul edilebilir olduğu düşünülen arsenik seviyelerinin altına düşürülerek, silikon katkı maddelerinin kutupsallığını “çevirerek” daha ucuz ve daha güvenli elementi hem olumlu hem de olumsuz taraflar için kullanmalarını sağladı.
Projede çalışan eski bir doktora öğrencisi olan Richard Field, “Taşıyıcının kutupsallığını değiştirebilmek, atomik“ elverişlilik ”gibi bir şeydir” diyor. “Tıpkı doğal olarak doğmuş ambulansı olan insanlar gibi, bu yeteneğe sahip atomik safsızlıkları bulmak oldukça nadirdir.”
Birlikte, geliştirilmiş doping işlemi ve yeni alaşım, yoğunlaştırıcı fotovoltaikte kullanılan yarı iletkenleri, 30’in yüzdesi kadar ucuz hale getirebilir, yüksek verimli hücrelerin büyük ölçekli elektrik üretimi için pratik hale getirme yolunda büyük bir adım.
Goldman, “Temel olarak, bu yarı iletkenleri daha az atomik sprey tenekesiyle yapmamızı sağlıyor ve her bir kutu, önemli ölçüde daha ucuz” diyor. “İmalat dünyasında, bu tür bir sadeleştirme çok önemlidir. Bu yeni alaşımlar ve katkı maddeleri de daha stabildir, bu da üreticilere yarı iletkenler üretim sürecinde ilerledikçe daha fazla esneklik sağlar.
Yeni alaşım dergide görünen bir makalede detaylandırılmıştır. Uygulamalı Fizik Mektupları. Ulusal Bilim Vakfı ve ABD Enerji Dairesi Bilim Ofisi Yüksek Lisans Öğrenci Araştırması araştırmayı destekledi.
Kaynak: Michigan Üniversitesi
İlgili Kitaplar:
{amazonWS: searchindex = Kitaplar; anahtar kelimeler = güneş enerjisi; maxresults = 3}