Paderborn Universitetinin tədqiqatçıları sistemin dizaynında qüsurların strateji birləşdirilməsi yolu ilə günəş batareyalarının səmərəliliyini artırırlar.

21-ci əsrin əvvəllərindən Almaniya günəş enerjisi sahəsində əhəmiyyətli irəliləyişlər əldə etdi. 2000-ci ildə günəş enerjisi onun elektrik enerjisi istehsalının bir faizindən azına töhfə verdi. Ancaq 2022-ci ilə qədər bu faiz təxminən 11 faizə yüksəldi. Bu artım yaşayış günəş qurğuları üçün səxavətli maliyyə stimullarının və günəş panellərinin qiymətini azaldan texnoloji irəliləyişlərin qarışığı ilə təkan verdi.

Qlobal münaqişələr neft və təbii qaz bazarlarını daha az etibarlı edir, günəş enerjisi Almaniyanın gələcək illərdə enerji ehtiyaclarını ödəməyə kömək etməkdə daha böyük rol oynayacaq. Günəş texnologiyası son dörddəbir əsrdə uzun bir yol keçsə də, müasir günəş panellərindəki günəş batareyaları hələ də orta hesabla yalnız təxminən 22 faiz səmərəliliklə işləyir.

Paderborn Universitetində professor Wolf Gero Schmidt-in başçılıq etdiyi tədqiqat qrupu günəş batareyasının səmərəliliyinin artırılması marağına görə Ştutqart Yüksək Performanslı Hesablama Mərkəzində (HLRS) yüksək performanslı hesablama (HPC) resurslarından istifadə edərək bunların necə işlədiyini öyrənir. hüceyrələr işığı elektrikə çevirir. Bu yaxınlarda komanda günəş hüceyrələrində müəyyən strateji çirklərin layihələndirilməsinin performansı necə artıra biləcəyini müəyyən etmək üçün HLRS-in Hawk superkompüterindən istifadə edir.

“Bizim bununla bağlı motivasiyamız ikiqatdır: Paderborndakı institutumuzda biz uzun müddətdir ki, optik həyəcanlı materialların dinamikasını mikroskopik şəkildə təsvir etmək üçün metodologiya üzərində işləyirik və biz bu mövzuda bir sıra qabaqcıl məqalələr dərc etmişik. son illər” Şmidt bildirib. “Lakin bu yaxınlarda Helmholtz Zentrum Berlindəki əməkdaşlarımızdan bu hüceyrələrin necə işlədiyini fundamental səviyyədə başa düşməkdə kömək etməyimizi xahiş edən bir sual aldıq, ona görə də metodumuzdan istifadə etmək və nə edə biləcəyimizi görmək qərarına gəldik.”

Bu yaxınlarda komanda Hawk-dan istifadə edərək eksitonlar – optik olaraq çıxmış elektron və onun geridə qoyduğu elektron “deşik” cütünün necə idarə oluna biləcəyini və daha çox enerjinin tutulması üçün günəş hüceyrələrində hərəkət edə biləcəyini simulyasiya etmək üçün istifadə etdi. Tədqiqat zamanı komanda təəccüblü bir kəşf etdi: o, müəyyən etdi ki, sistemə strateji olaraq təqdim edilən müəyyən qüsurlar ona mane olmaq əvəzinə həyəcan ötürülməsini yaxşılaşdıracaq. Komanda nəticələrini Physical Review Letters jurnalında dərc etdi .

Enerjinin daha səmərəli çevrilməsi üçün günəş batareyalarının dizaynı

Günəş batareyalarının əksəriyyəti, bir çox müasir elektronika kimi, əsasən silikondan hazırlanır. Kütləsinə görə oksigendən sonra Yer kürəsində ən çox yayılmış ikinci kimyəvi elementdir. Bütün planetimizin təxminən 15 faizi, o cümlədən Yer qabığının 25,8 faizi silikondan ibarətdir. Buna görə iqlimə uyğun enerji istehsalı üçün əsas material boldur və demək olar ki, hər yerdə mövcuddur.

Bununla belə, bu materialın günəş radiasiyasını tutmaq və onu elektrik enerjisinə çevirmək üçün müəyyən çatışmazlıqları var. Ənənəvi, silikon əsaslı günəş hüceyrələrində fotonlar adlanan yüngül hissəciklər enerjilərini günəş hüceyrəsindəki mövcud elektronlara köçürür. Hüceyrə daha sonra elektrik cərəyanı yaratmaq üçün həyəcanlanmış elektronlardan istifadə edir.