Omvandlar mer ljus till elektricitet
Vanliga solpaneler av dopade kiselkristaller omvandlar ENBART rätt långvågigt ljus i det just osynliga infraröda området med 1130 nm vågländ. Där har fotonerna energin 1.1 eV, som omvandlas helt till elektricitet OM fotonen träfar rätt i den dopade kiselkristallen.
Fel våglängd på ljuset blir bara värme
En foton med bara lite längre våglängd (större än 1130 nm) har lägre energi än de 1.1 eV som krävs för att slå loss en elektron ur kristallen och få den att delta i strömmen av elektroner som fångas upp av elektroderna i panelen för att skickas vidare till Inverten. Sådana fotoner ger ingen elektricitet utan bara värme.
Är våglängden kortare än 1130 nm (ljuset blir synligt och går vartefter man kortar våglängden åt de blåa spektrat) innehåller dess fotoner högre energi än 1.1 eV.
Energi högre än 1.1 eV kan visserligen frigöra elektroner i kristallen, som då blir till ström, men dessa elektroner kan INTE tillgodogöra sig mer än 1.1 eV av fotonens energi som överförs till elektronen och som ses som dess spänning, blir INTE högre än de 0.65 V som den här typen av kiselkristaller klarar av. Resten av energin, över 1.1 eV blir istället värme i panelen, dvs fotonen finns kvar men med lägre energi och därmed längre våglängd ”infrarött-ljus” som ju är just värme!
Andra kristaller eller dopningar av kristaller kan ge möjligheter för fotoner att slå loss elektroner som tillgodogör sig högre energier än 1.1 eV eller fotoner som klarar att slå loss elektroner vid lägre energier än 1.1 eV
Lager känsliga för olika våglängder staplas ovanpå varandra
Man kan göra detta på många olika sätt, ett av dem lägger tunna lager med olika dopning/struktur ovanpå varandra, med den som kräver den högsta energin överst, de följande lagren som kräver allt lägre energier kommer sedan. De fotoner som har den högsta energin (det mest kortvågiga ljuset) gör sitt jobb där medan de som har lite lägre energier kommer vidare till de lägre lagren. På så vis kan man utnyttja ett ”bredare band” av det ljus som solen lyser på panelen för att producera elektricitet. Man kallar tekniken ”multijunction-panels” idag, fast jag tycker nog ”Bredbands paneler” är mer beskrivande…
Det kanske bästa exemplet i laboratoriet just nu (dec 2022) är tre lager InGaAs/GaAs/InGaP kristaller med bandövergångar vid energierna 0.94/1.39/1.93 eV som givit en effektivitet på ca 45%!!
Att jämföra med de bästa ”smalbandiga” panelerna av monokristallint kisel som ger ca 18-21% med naturligt bredspektralt solljus här på jorden.
Quantum Dots
Man kan också göra ”små punkter” av material med dessa olika egenskaper och sammanföra dem i ETT lite tjockare lager, ungefär som man för samman små separata kristaller i en panel till en ”polykristallin struktur”. Detta kallar man för ”quantum dots”, inte för att de är så små att de är kvantstora utan för att det uttrycker vissa kvantegenskaper, dessutom är det ett gångbart ”hype ord” som säljer! Kvant-partiklar är ju ÄNNU mindre än det snart utslitna ”nano-partiklar”…. Medan ”quantum dots” är åstkilliga nanometer stora.
Det är var riktigt intressant att läsa om. Jag hade ingen aning om detta. Låter som framtiden, dubbelt eller ännu högre effektivitet för solpaneler skulle gör stor skillnad förstås. Fast produktionskostnad måste ju ner en tiopotens först.