Kuriama nauja saulės elementų technologija

Jau ne vienerius metus mokslininkai kaip įmanydami bando padidinti saulės elementų efektyvumą ir sumažinti jų gamybos kainą. Dabar tyrėjams į galvą šovė šis bei tas įdomaus – pabandyti saulės elementuose surinktai šviesai sukelti „užmaršumą“.

JAV Energijos departamento Argono nacionalinės laboratorijos mokslininkai Krisas Giebinkas (Chris Giebink) ir Garis Viderechtas (Gary Wiederrecht), bendradarbiaudami su Šiaurės vakarų universiteto (JAV) profesoriumi Maiklu Vasielivskiu (Michael Wasielewski), tyrinėjo fluorescentinio plastiko, vadinamo liuminescenciniu saulės koncentratoriumi, panaudojimą saulės elementuose.

„Tam, kad saulės energija būtų konkurencinga energijos rinkoje, mums reikia arba iš jau gaminamų saulės elementų išgauti daugiau energijos, arba surasti, kaip pagaminti pigesnius elementus, kurie sugeneruotų tą patį energijos kiekį“, – aiškina K. Giebinkas. Visi trys tyrėjai dirba Argono – Šiaurės vakarų saulės energijos tyrimų centre. Šis centras – vienas iš 46, kuriuos 2009 metais įkūrė JAV Energijos departamento Mokslo skyrius.

Viena iš galimų strategijų – sutelkti saulės šviesą, kad ši jau sumontuotuose saulės elementuose sugebėtų sukurti kuo daugiau elektros energijos. Tyrėjai bando išsiaiškinti, kaip efektyviausiai ir pigiausiai surinkti didžiausią galimą šviesos kiekį. Nors lęšiai ir veidrodžiai yra vienas iš galimų variantų (prisiminkime, kaip vaikystėje saulėtą dieną padidinamuoju stiklu degindavome popieriukus), vis dėlto juos reikia nuolatos sukti taip, kad šie sektų dangumi keliaujančią saulę. Tai nėra labai efektyvu dėl brangokos sekimo sistemos sumontavimo.

Liuminescenciniai saulės koncentratoriai yra nebrangi alternatyva, mat jų funkcionavimui užtikrinti nereikia sekti saulės kelio danguje. Kaip teigia K. Giebnikas, šie prietaisai sugertą saulės šviesą šiek tiek modifikuoja.

„Mes aktyviai paslenkame šviesos dažnį ją sugerdami ir perspinduliuodami, – aiškina jis. – Šis procesas primena plokščią piltuvėlį: mes bandome plastikinės plokštelės, pripildytos dažais, paviršiumi sugerti kuo daugiau šviesos, tuomet ją nukreipti į briaunas. Taip siekiame kaip įmanoma labiau suintensyvinti šviesą.“

Kaip užsimena mokslininkas, teorinis šio šviesos stiprinimo potencialas gali viršyti šimto „saulių“ ekvivalentą – saulės spinduliavimo matavimą viename taške. Vis dėlto realus tokio proceso įgyvendinimas kol kas nedavė tokio didelio rezultato.

„Pagrindinis sunkumas, su kuriuos susiduriame, yra tai, kad šviesa plokštelėse galiausiai pasimeta – arba dėl sklaidos, arba dėl pakartotinės sugerties, – guodžiasi tyrėjas. – Mes bandome šią problemą įveikti.“

Naudodami Argono nanomedžiagų centro instrumentus ir įrangą, tyrėjai sutelkė dėmesį į tai, kaip liuminescenciniuose saulės koncentratoriuose šviesa yra pakartotinai sugeriama ir išspinduliuojama. Mokslininkai bando išnaudoti optinį mikroertmių efektą, kuris pasireiškia, kuomet struktūros matmenys susilygina su šviesos bangos ilgiu. Šiuo atveju tyrėjai galėjo panaudoti keliolika plonųjų plėvelių, kurių storis nanometriniu masteliu buvo šiek tiek pakitęs, kad sukurtų rezonansinio poslinkio efektą. Šio efekto esmė yra ta, jog šviesa ima „nebeatpažinti“ aplinkos, iš kurios ji buvo išspinduliuota, o tai gerokai sumažina pakartotinę jos sugertį.

„Tai iš tiesų primena šviesos užmaršumą – jeigu šviesa pamiršta, kaip ji čia pateko, gerokai sumažėja jos sklaidos arba pakartotinės sugertiems tikimybė“, – prideda G. Viderechtas.

Nors Argono laboratorijos tyrėjai išsiaiškino, kaip veikia vienmačiai liuminescenciniai saulės koncentratoriai, jie yra įsitikinę, jog dvimatė šių prietaisų analizė duos dar didesnį rezonansinio poslinkio efektyvumą. „Mes atskleidėme bendrą principą, tad dabar tiesiog turime surasti geriausią liuminescencinių saulės koncentratorių konstrukciją“, – pabaigia pasakojimą K. Giebnikas.