Jösses vilken blandning av buzz words och forskningsmumbojumbo titeln på detta inlägg höll på att bli. Även efter tre-fyra redigeringar så är man inte särskilt nöjd, men vaddå? Det här är en blogg!
Läste på Green Car Congress om ett nytt skikt framställts genom nanoingenjörskonst som till skillnad mot vanliga kiselsolceller klarar av att få över 96% av instrålad energi, i våglängsområden från UV till IR, att absorberas. Vanliga kiselsolceller kommer typ upp i 67%. Resten reflekteras bort. Sedan är det inte så att all denna energi kan omvandlas till elektricitet, men det är nästa steg. Här pratar vi om hur mycket energi som inte studsar bort.
Vanliga antireflexbehandlingar verkar inom ett specifikt våglängdsområde. Detta nya skikt består av 7 lager, ett för varje visst intervall, som även fångar in våglängder som reflekterats av underliggande lager. Varje lager är mellan 50-100 nm tjockt, dvs 50-100 miljarddels meter (Det går alltså mellan 10-20 miljoner lager på en meter), och består av kiseldioxid och titandioxid i nanotubsformat. Dessa är placerade snett emot varandra för bästa effekt och de sätt fast via deposition av ånga. Skiktet kan appliceras på näst intill vilken typ av solceller som helst.
En tanke slår mig dock. Ang IR… det vill man inte skall absorberas eftersom det gör solcellerna varma, vilket minskar effekten och förkortar livslängden. Givetvis bra för solvärme, men inte för solceller. Behövs det då kylning om detta gör att solceller blir för bra på att absorbera långvågig strålning?
Referens:
Mei-Ling Kuo, David J. Poxson, Yong Sung Kim, Frank W. Mont, Jong Kyu Kim, E. Fred Schubert, and Shawn-Yu Lin (2008) Realization of a near-perfect antireflection coating for silicon solar energy utilization. Optics Letters, Vol. 33, Issue 21, pp. 2527-2529 doi:10.1364/OL.33.002527
Lunken
Olov Källgarn
18 kommentarer
10 november, 2008 kl 19:18
Hejsan Lunken,
det är inte så dåligt att IR inte studsar bort heller. Solcellerna av alla typer absorbera även våglängder upp till ca 1.1-1.2µm och omvandlar dessa till el. Det är tom så att omvandlingen av långa våglängder sker mycket effektivare än t.ex. blått ljus.
Detta pga att blå fotoner har en mycket högre energi per foton än röda och infraröda. Solcellen behöver dock bara en viss minimalenergi för att generera ett par av laddningsbärare (elektron och hål). Resten av energin omvandlas direkt till värme – och för blått ljus är det ungefär halva energin som kastas bort i vanliga solceller.
Sk multijunction-solceller består av flera solceller som är staplade ovanpå varandra, där varje lager är optimerat för att fånga in vissa våglängder och omvandla dessa mera effektivt. De längre våglängderna släpps genom till nästa lager. Det är sådana solceller som just nu har rekordverkningsgrader på mer än 40%. De är dock mycket komplicerade och dyra att tillverka.
IR ljus med våglängder över 1.5µm absorberas inte alls av vanliga solceller och passerar rakt genom solcellen och ut på andra sidan utan att bidra till en uppvärmning, ännu längre våglängder absorberas redan av glaset på framsidan och bidra till dess uppvärmning.
Uwe.
10 november, 2008 kl 21:36
Tack för klargörandet Uwe. Jag antar att dessa multi-junction solceller inte har något belag på baksidan som heller fånga upp ”fel” vågländer.
Men om blått ljus tas upp till en viss del och resten går till värme så borde även denna kunna fångas upp av solceller, då det strålar ut som IR antar jag… eller?
11 november, 2008 kl 9:51
Bara IR med vågländer som är kortare än vad som motsvara solcellens ”bandgap” kan absorberas av solceller och omvandlas till el. Det är det sk ”nära IR” området mellan 750nm och 1200nm som gäller. Längre våglängder >1200nm absorberas inte.
”Värmestrålning”, dvs svartkroppsstrålning av föremål som är upp till några hundra grader celsius däremot motsvarar våglängder på 2500nm och längre.
Även en varm solcell kommer nog inte över 70 grader celsius i temperatur, och då blir det våglängder på >5µm, dessa kan inte tas hand om i solceller.
Men det som har blivit lite hetare just nu är ju hybrider som värma vatten (eller ett annat medium) med överskottsvärmen från solcellerna… Se t.ex. företaget Arontis i Härnösand.
Uwe.
11 november, 2008 kl 13:26
Jag misstänkte det. Och absolut… hybrider löser problemet, men de passar ju inte överallt.
Hur mycket minskas livslängden beroende på temperaturen? Beror givetvis på vilken typ av solcell osv, men det skulle vara intressant med några exempel.
11 november, 2008 kl 14:28
Lite om pragmatisk teknik:
Tidskriften ”Forskning och Framsteg” har i senaste nr. en intressant artikel angående
solceller. Där finns också en TJUSIG bild
som säger mer än 1000 ord under rubriken:
” Riktat ljus ger billigare solceller ”
http://www.fof.se
klicka därefter på
”riktat ljus ger billigare solceller”
(Obs gillar inte att någon skriver ”röda/blåa fotoner”. Det får man definitivt inte säga om
man är en fysiker…..)
11 november, 2008 kl 15:25
Marika Edoff som uttalar sig i den artikeln är kanske kollega till Uwe?
Ang fotoner så har de en våglängd som motsvaras av en färg. Det gör det lätt att skriva/säga en blå foton. Ungefär som en bil är blå eftersom den reflekterar våglängder i det blå området. Man pratar dessutom om röda jättar och blå dvärgar inom astronomin, vilket beror på i vilka våglängdsområden de utstrålade fotonerna är. Jag förstår din poäng Kardinal, men Uwes ordval gör det förståeligt vilket passar en blogg.
11 november, 2008 kl 16:35
Inte riktigt ( tänk på att jag under flera
år undervisat om detta – Fysik- och har
här ett ansvar )
I andra sammanhang kan det var lite
si och så . Men här är det TABU att skriva
så. Förståelsen leder till missförstånd för
okunniga är ”skadlig”. Det felaktiga
påståendet ”smittar”.
Ex: Det är som att skriva att virus och
bakterie är samma sak.
I fysik och då det gäller ljus gäller
dualism ( svårt):
1. Antingen Partikel och då gäller partikelegenskaper – foton.
Eller 2. vågrörelsemodell och då kan man tala
om våglängder och desss färg/frekvens/våglängd.
OBS man får inte blanda ihop partikelmodell
och vågrörelsemodell (hemska saker).
Ljuset är antingen det ENA eller det ANDRA,
ALDRIG båda . Detta är det svåra med ljuset
och förtåelsen av ljus.
En biolog skiljer nog på virus och bakterie
koppas jag.
EN FOTON HAR INGEN FÄRG, den är en
partikel som elektron, neutron , proton, positron……. Få skulle kalla elektronen
för blå, röd, m.m.
Ingen fysiker skulle göra ett sådant,
ovanstående ”övertramp”.
Anm. : jag har bara anmärkt på det som jag
anser vara det största övertramp.
Dvs bra att veta : Säg inte” sådand” i en fyskers
närvaro, om du vill bli tagen på allvar.
11 november, 2008 kl 16:43
Jag förstår, men man måste bli tagen på allvar ändå. Jag fick lära mig att fotonen är ett vågpaket. Troligtvis för förståelsens skull, men att den har dessa båda egenskaper parallellt. Inte ens wikipedia delar upp det helt och hållet.
11 november, 2008 kl 17:26
Som jag sade, så är det svårt att för
icke kunniga att skilja på dessa svåra
begrepp : Ljusets Dualism
Det blir INTE lättare om man bandar ihop
dessa begreppen.
Med detta har jag gjor vad jag kan för
att ”bota smittan med antibiotika”. Dvs
påpekad det felaktiga i ett påstående som
tyvärr ofta förekommer.
Det verkar som att många tyvärr är smittade av
detta felaktiga påståendet .
” fotonen är ett vågpaket” är felaktigt påstående,
oberoende av vem som än säger det.
Man får gå till källan, ”fysikens grunder” och
de som är kunniga i detta ämne (de som
utforskar detta – fysiker).
Wikipedia:
” Vågegenskaperna syns…………………………
…. effekten ” DET ÄR RÄTT så långt, dvs i 2,1 rader
OBS. Wikipedia:
”Fotonen beskrivs ibland därför ”(FELAKTIGT !)
”som ett vågpaket”.
”att den beskrivs ibland” innebär INTE att det är
rätt, utan bara det faktum att vissa skriver detta.
Det har vi sett på denna hemsida inte mins, men
det är likväl FEL!
Ex: eftersom en bakterie är mycket liten så beskrivs den ofta som virusbakterie.
¤ Till slut: Foton kallar man ljuset då man vill
förtydliga att det INTE är frågan om den valiga
vågrörelsemodellen utan en PARTIKEL ( färglös)
med en rörelsemäng, impuls, m.m. som gäller för
partiklar och då en kvantiserad sådan energi .
11 november, 2008 kl 18:14
Personligen tycker jag inte att det är svårt att skilja på dessa egenskaper och förstå ljusets dualism även om man kallar de båda för fotoner. Men det beror ju mest på att jag är överintelligent och har lätt att tänka både holistiskt och koncentrerat konkret, samtidigt. Ordet foton är ju trots allt bara en benämning, som inte betyder något helt annat, utan vars betydelse används för vitt.
Ang virus och bakterie så är inte det så klurigt. Om inte annat så får män väl lära sig den hårda vägen om man försöker vaccinera sig mot borelia.
Det är värre när man kallar cyanobakterier för blågröna alger, vilket hänger kvar från förr. Då kallar man något för en sak som det verkligen inte är.
Mao, det är skillnad att kalla ngt för ngt annat, än att kalla ngt vidare med en smal benämning.
12 november, 2008 kl 13:09
Jag är FYSIKER själv, men i en så här artikel kommer jag även i framtiden använder likelsen med ”blå fotoner” och ”röda fotoner”. Detta för att undvika att man måste börja från början och förklara hela den delen med Planck och energin hos fotoner, intensitet på ljus etc.
I en solcell har man definitiv med kvantfenomen att göra där man får ut ett elektron-hål-par per infångad foton. Viktigt för denna process är energin hos fotonen och den är ju beroende på om det är just blått eller rött ljus som träffar solcellen.
Blått eller rött är ju inga verkligen egenskaper hos ljus heller – vare sig nu om man ta våg- eller partikelmodellen. Fast det är det subjektiva intrycket vi mäniskor får när ljusets energi överförs till receptorerna i näthinnan. Och även där är det foton-modellen som är mest lämpligt för hur ljuset interagera med de kemiska ämnen i receptorerna. Hur bilden formas på näthinnan däremot förklarar väl vågmodellen mycket bättre.
Eller så kan vi tillsammans skriva en kort introduktion till kvantelektrodynamiken här på sidan…?
Uwe.
12 november, 2008 kl 13:14
Ett tillägg – enligt mitt förståelse av ljus, så är det inte ANTINGEN partikel ELLER våg.
Det är VARKEN partikel ELLER våg. Båda modellen ger bara en ofullständig bild av den verkliga naturen hos ljuset, och båda modellen förklara bara en – komplementär – del av ljusets egenskaper.
Och tänker man på experiment som dubbelspalten, så går det ju bara att förklara med vågmodellen – men hur blir det om man sänker ljusintensiteten så extremt att det är bara ett fåtal fotoner som passerar spalten? Jo, man får samma mönster på en skärm om man bara räkna tillräckligt länge….
Uwe.
12 november, 2008 kl 14:32
”Uwe”
Det finns många som har åsikter om
. Dualism
. Kvantmekanik
. Relativitetsteori
Du har farmfört dina och jag mina . Vi har
olika åsikter om detta , tur är väl det….
15 november, 2008 kl 22:47
Förlåt en enkel samhällsvetare, men betyder detta (alltså ditt ursprungliga inlägg Lunken) att en platta med solceller inte skulle behöva riktas lika noga mot solen? Jag har kajkat på de sju haven i segelbåt och är jäkligt less på att ladda batterier med dieselmotorn (högljutt, dyrt, och framförallt tar bränslet slut). Men solcellerna ger så väldigt lite i allt annat än optimala vinklar och högt stående sol… Är detta ett steg mot bättre prestanda i det hänseendet?
16 november, 2008 kl 0:44
Ja, det betyder ju att solceller kan ta upp mer av den inkommande solstrålningen. Reflextionerna ökar omvänt proportionellt med infallsvinkeln. Alla vet att titta snett igenom en glasruta är klurigare än rakt in.
Dock… och det är viktigt, så kommer det alltid vara bättre med solceller vinkelrätt mot instrålningen. Man vill alltid maximera ytan som kan ta upp solstrålningen. Lutar du en solcell 45 grader från solen så blir endast halva totalytan infångande, även om inga reflextioner uppstår.
16 november, 2008 kl 21:47
”Man vill alltid maximera ytan som kan ta upp solstrålningen. Lutar du en solcell 45 grader från solen så blir endast halva totalytan infångande, även om inga reflextioner uppstår.”
Ah, det så klart… Silly me. Men ändå en viss förbättring?
18 november, 2008 kl 22:55
Angående Uwe, Marika Edoff och jag – vi är alla i solcellsgruppen på Ångstrom Solar Center http://www.asc.angstrom.uu.se. Ditt inlägg verkar ha bidragit till en intressant debatt, men kanske för lite om det är värt besväret att belägga en solcell med 7 lager anti-reflex. Jag brukar själv belägga men ett anti-reflex skikt som fungerar bäst på en viss våglängd, annars lite mindre bra. Jag själv är tveksamt över fördelen att ha så många lager. Jag tänker mäta reflektansen av mina egna CIGS tunn film solceller – nu är jag nyfiken. Jag vill gärna veta hur mycket reflekteras bort men ”bara” en lager anti-reflex. (Jag ber om ursäkt om ev. fel på språket – som du vet, föredrar jag att skriva på engelska).
19 november, 2008 kl 12:05
Haha… välkommen igen Marta. Ja det vore kul att veta hur mycket man förlorar på fler lager, vad det gäller tid, pengar och genomsläpplighet. Det verkar ju onekligen vara positivt med fler lager, men är det värt det? I storskalig produktion blir ju siffrorna ofta bättre, så det är kanske först där man kan räkna hem vinsterna.