Совместная команда ученых во главе со специалистами Института солнечных энергетических систем Фраунгофера (Fraunhofer ISE) создала новые высокоэффективные солнечные элементы для получения водорода. Солнечные батареи на их основе отличаются высокой производительностью и могут использоваться для прямого расщепления воды с помощью солнечного света – без применения электролиза.Проект получил название «MehrSi».
В процессе его реализации инженеры достигли беспрецедентного уровня эффективности для специализированных солнечных элементов – теперь они способны конвертировать 24,3 процента в электрическую или химическую энергию за счет монолитных трехпереходных фотоэлементов на основе кремния.
По мнению исследователей, это является важной вехой в разработке гелиосистем следующего поколения, которые, в конечном итоге заменят традиционные кремниевые солнечные батареи. Важным преимуществом новых солнечных элементов является то, что они могут быть использованы для «искусственного фотосинтеза» – получения водорода и кислорода путем расщепления молекулы воды за счет энергии фотонов.
«Эффективно расщеплять воду с помощью простого солнечного элемента без дополнительных компонентов ранее не представлялось возможным. Теперь это могут делать устройства, разработанные в проекте MehrSi. Это ведет к совершенно новым подходам к производству и хранению водорода за счет солнечной энергии, — отметил профессор Томас Ханнаппел (Thomas Hannappel), координатор проект из Технического университета Ильменау (TUI). – А водород станет ключевым носителем энергии в устойчивой энергосистеме будущего».
В ходе работы над проектом, который финансируется Федеральным министерством образования и научных исследований Германии, ученые задались вопросом: как наилучшим образом объединить кремний, экономически эффективный материал, наиболее часто используемый в производстве солнечных батарей, с силовыми полупроводниками группы III-V так, чтобы солнечный свет преобразовывался в полезную энергию с максимальной эффективностью?
Чтобы найти ответ, инженеры, специализирующиеся на фундаментальных энергетических материалах из TUI, разработали новый способ улучшения взаимодействия между кремнием и разными слоями полупроводников, что и определило их производительность.
Усовершенствования, сделанные учеными в рамках проекта «MehrSi» открыли двери для производственных процессов, которые обеспечивают практически безупречную передачу энергии между различными материалами солнечной ячейки. На следующем этапе они планируют осуществить фотоэлектрохимический процесс, в котором, солнечный свет поможет превращать диоксид углерода в полезные виды топлива.