Solarenergie ist ein beliebter Kandidat z. Hd. eine nachhaltige Weitere zu fossilen Brennstoffen. Eine Solarzelle oder Photovoltaik (PV)-Zelle wandelt Sonnenlicht frei heraus in Strom um. Die Umwandlungseffizienz war jedoch nicht reicht, um weit verbreitete Anwendungen von Solarzellen zu geben.
Eine grundlegende Grenze z. Hd. die maximale Eta von PV-Geräten wird durch thermodynamische Eigenschaften gegeben, nämlich Temperatur und Maß der Unordnung (ein Vermessung z. Hd. die Unordnung in einem System). Genauer gesagt wird ebendiese qua Landsberg-Grenze bekannte Grenze durch die Maß der Unordnung welcher Schwarzkörperstrahlung auferlegt, die oft dem Sonnenlicht zugeschrieben wird. Die Landsberg-Grenze wird weithin qua die allgemeinste Grenze z. Hd. die Eta eines Sonnenlichtwandlers gemocht.
Eine andere Grenze, die qua Shockley-Queisser (SQ)-Grenze bezeichnet wird, stammt aus dem Kirchhoffschen Richtlinie, dies besagt, dass dies Absorptionsvermögen und dies Emissionsvermögen z. Hd. jede Photonenenergie und z. Hd. jede Ausbreitungsrichtung gleich sein sollten. Dies ist im Wesentlichen dies Prinzip welcher „detaillierten Balance“, dies den Werk von Solarzellen seither Jahrzehnten beherrscht.
Dies Kirchhoffsche Richtlinie ist tatsächlich eine Folge dessen, welches „Zeitumkehrsymmetrie“ genannt wird. Eine Möglichkeit, die SQ-Grenze zu umgehen, besteht von dort darin, ebendiese Symmetrie zu zermürben, während man Licht erlaubt, sich nur vorwärts einer Richtung auszubreiten. Vereinfacht gesagt kann die SQ-Grenze überschritten werden, wenn welcher PV-Konverter mehr absorbiert und weniger Strahlung emittiert.
In einer neuen Studie, die im Journal of Photonics for Energy (JPE) veröffentlicht wurde, verprügeln die Forscher Andrei Sergeev vom US Army Research Laboratory und Kimberly Sablon vom Army Futures Command und welcher Texas A and M University verdongeln Weg vor, die SQ-Grenze zu durchbrechen, während sie „nichtreziproke photonische Strukturen“, die die Emission eines PV-Konverters drastisch reduzieren können, ohne seine gesamte Lichtabsorption zu in Mitleidenschaft ziehen.
Die Wissenschaft untersucht ein einzelliges PV-Gestaltung, dies mit nicht-reziproken optischen Komponenten integriert ist, um eine 100-prozentige Wiederverwendung welcher von derselben Zelle emittierten Strahlung aufgrund des nicht-reziproken Photonen-Recyclings zu geben. Dies steht im Kontroverse zu früheren Entwürfen, die verdongeln PV-Konverter mit mehreren Mehrfachzellen betrachteten, die so angeordnet waren, dass dies von einer Zelle emittierte Licht von einer anderen absorbiert wurde.
Nachdem den wegweisenden Funktionieren von Lorentz, von Laue, Einstein, Landau, Brillouin und Schrödinger diskutieren Sergeev und Sablon unter ferner liefen die Maß der Unordnung des Sonnenlichts in Bezug aufwärts Zusammenhalt, Verhältnismäßigkeit, Nichtgleichgewichtsverteilungen, Unordnung, Information und Negentropie.
Die Autoren beobachten, dass sich Photonen im Sonnenlicht im Kontroverse zur stark ungeordneten Strahlung im Inneren welcher Sonne vorwärts gerader Linien in einem engen Raumwinkel in Bewegung setzen. Zu Händen Sergeev und Sablon deutet ebendiese Observation darauf hin, dass Sonnenlicht uns mit echtem Ökostrom versorgt und seine Umwandlungseffizienz nur davon abhängt, wie wir ihn umwandeln.
Die Autoren zeigten, dass welcher nichtreziproke einzellige PV-Konverter zwischen quasimonochromatischer Strahlung den theoretisch maximalen „Carnot-Wirkungsgrad“ erreichte, den Wirkungsgrad einer idealen Wärmekraftmaschine, welcher die Landsberg-Grenze überschreitet. Dies war unter ferner liefen zwischen mehrfarbiger Strahlung (charakteristisch z. Hd. Sonnenlicht) welcher Kasus.
Interessanterweise half dies, ein thermodynamisches Paradoxon im Zusammenhang mit einer optischen Vakuumdiode aufzulösen. Dies Paradox besagt, dass eine optische Vakuumdiode die Temperatur des Absorbers übrig die Sonnentemperatur steigern könnte, während sie nur eine Lichtausbreitung in einer Richtung zulässt. Dies würde den zweiten Hauptsatz welcher Wärmelehre verletzen. Die Studie zeigte, dass eine unendliche Zahl von Photonen-Wiedergewinnung erforderlich wäre, um die Carnot-Eta zu hinhauen, und somit gegen dies Richtlinie verstoßen würde.
Darüber hinaus verallgemeinerten die Forscher die thermodynamischen Überlegungen aufwärts Nichtgleichgewichts-Photonenverteilungen mit lichtinduziertem chemischem Potential ungleich Null und leiteten die begrenzende Eta eines nichtreziproken Einzelzellen-PV-Konverters ab.
„Welche Wissenschaft wurde durch den schnellen Fortschritt in welcher nichtreziproken Optik und durch die Entwicklungsprozess kostengünstiger photovoltaischer Materialien mit hoher Quanteneffizienz motiviert“, sagt Sergeev, welcher insbesondere Perowskit-Materialien anführt und feststellt: „Eine schwache nichtstrahlende Rekombination in diesen Materialien würde eine fortgeschrittene Verbesserung von geben PV-Umwandlung durch Steuerung von Strahlungsprozessen.“
Da nicht-reziproke photonische Strukturen aufwärts dem Vormarsch sind, kann in naher Zukunft mit welcher Entwicklungsprozess von hocheffizienten PV-Konvertern gerechnet werden. Während die Suche nachdem nachhaltigen Lösungen z. Hd. die weltweite Energiekrise weitergeht, gibt ebendiese Studie viel Hoffnung z. Hd. die Solarzellentechnologie.
Forschungsbericht: Nichtreziprokes photonisches Management z. Hd. die Photovoltaikumwandlung: Gestaltung und grundlegende Effizienzgrenzen
ähnliche Sinister
Internationale Interessenverband z. Hd. Optik und Photonik
Die Gesamtheit übrig Solarenergie zwischen SolarDaily.com
|
Wir erfordern deine Hilfe. Dies SpaceDaily-Nachrichtennetzwerk wächst weiter, im Kontrast dazu es war noch nie so schwierig, Einnahmen aufrechtzuerhalten. Mit dem Beförderung von Werbeblockern und Facebook – unsrige traditionellen Einnahmequellen übrig hochwertige Netzwerkwerbung in Betracht kommen weiter zurück. Und im Kontroverse zu so vielen anderen Nachrichtenseiten nach sich ziehen wir keine Paywall – mit diesen lästigen Benutzernamen und Passwörtern. Die Veröffentlichung unserer Nachrichtenberichterstattung an 365 Tagen im Jahr erfordert Zeit und Mühsal. Wenn Sie unsrige Nachrichtenseiten informativ und nützlich finden, ziehen Sie bitte schön in Betracht, ein regelmäßiger Unterstützer zu werden oder vorerst verdongeln einmaligen Gebühr zu leisten. |
||
|
SpaceDaily-Mitwirkender $5 einmal in Zeche gestellt Kreditkarte oder Paypal |
Monatlicher Unterstützer von SpaceDaily $5 Monatlich in Zeche gestellt nur Paypal |
|
NREL stellt 1-Sonne-Solarzelle mit dem höchsten Wirkungsgrad her
Golden CO (SPX) 27. Mai 2022
Forscher des Patriotisch Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums nach sich ziehen eine Solarzelle mit einem Rekordwirkungsgrad von 39,5 % zwischen globaler Helligkeit von 1 Sonne entwickelt. Dies ist die Solarzelle mit dem höchsten Wirkungsgrad aller Betriebsart, gemessen unter Standard-1-Sonne-Bedingungen. „Die neue Zelle ist effizienter und hat ein einfacheres Gestaltung, dies z. Hd. eine Vielzahl neuer Anwendungen nützlich sein kann, wie z
