Ny solcellerekord: Virkningsgrad på næsten 50 procent

Solcellen har slået rekorden for den hidtil højeste virkningsgrad. Illustration: Fraunhofer ISE

Det er lykkedes tyske forskere at bygge solceller med en virkningsgrad på næsten 50 procent, nærmere bestemt 47,6. Det er en markant forøgelse af de gældende standarder, hvor solcellers virkningsgrad i dag typisk ligger lidt over 20 procent.

Det skriver Tu.no.

Rekorden lød tidligere på 46,1 procent.

Det er forskere ved det tyske Fraunhofer ISE, Institut für Solare Energiesysteme, som har banket rekorden på plads. De har bygget cellen med fire lag og brugt linser, der koncentrerer strålingen svarende til 665 gange.

Lag på lag

Udgangspunktet bag den nye solcelle var en tandemcelle, altså en celle i to lag, hvor det øverste består af gallium-indiumfosfid, mens det nederste lag består af aluminium-galiumarsenid. Den løsning blev allerede udviklet i 2016 i samarbejde med franske forskere.

Men nu har tyskerne tilføjet et ekstra kontaktlag på solcellen samt fire antireflekterende lag. Derved reduceres tabene, der opstår gennem modstand og gennem refleksionen af lyset fra solcellens øverste lag.

På solcellen er der påført små linser, der koncentrerer strålerne mod cellen, der kun måler få millimeter i diameter. Almindelige siliciumceller udnytter solceller med bølgelængder fra 300 til 1200 nanometer og behøver ikke at reducere refleksionen. De nye celler kan udnytte alt fra 300 til 1780 nanometer.

Og det er netop toplaget, som nu er forbedret, og som har ført til den nye rekord.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Spændende, men med den kompleksitet og de special-materialer bliver prisen nok således at det er forbeholdt særlige applikationer som f.eks. satelitter. Tænker også at den koncentration af lyset der finder sted må føre til nogle ret ekstreme temperaturer. Står der noget om hvad solcellen kan holde til?

  • 39
  • 1

Tænker også at den koncentration af lyset der finder sted må føre til nogle ret ekstreme temperaturer. Står der noget om hvad solcellen kan holde til?

På stationære anlæg og på skibe er temperatur håndterbart problem, på mobile anlæg som mindre både og autocampere/campingvogne er det lidt værre men ikke uhåndterligt.

Naturligvis FORUDSAT at materialerne i selve solcellen kan håndtere det.

  • 1
  • 2

Er der en teoretisk øvre grænse for effektiviteten, som med Betz lov for vindmøller?

Det jeg tænker på er, at lyset får elektroner til at flytte sig, og elektroner der flytter sig stråler.

Der er også en grænse for hvor varm en solfanger kan blive, for når temperaturen på fangeren stiger stiger udstrålingen også. Og det kan ikke modvirkes af selv nok så selektive overflader.

  • 8
  • 1

Det jeg tænker på er, at lyset får elektroner til at flytte sig, og elektroner der flytter sig stråler.

Nej. Det, der stråler, er en æterbevægelse, som sættes igang af et E-felt, hvis bevægelse i feltets retning vel at mærke er mulig.

For en lige ledning er det naturligvis kun muligt med en æterbevægelse hen langs ledningen, da bevægelse på tværs umuliggøres af ledningen selv, og det kræver et E-felt i langsgående retning, hvilket kun kan skabes ved varierende ladning i bevægelse - altså "+ - + -", der bevæger sig som tænderne på en tandstang. Derfor stråler en DC-strøm eller et permanent magnetfelt ikke, for her er ladningen konstant, selv om den er i bevægelse, og dermed er der intet E-felt i langsgående retning.

Det er også årsagen til, at lys og radiobølger er transversale bølger. Skulle man skabe longitudinale bølger, skulle et ladet emne bevæge sig mekanisk med den frekvens, man ønsker udsendt, på samme måde som en højtalermembran, hvilket i praksis er umuligt bortset fra meget lave frekvenser. Det er ingen forskel på lydbølger og elektromagnetiske bølger - heller ikke formelmæssigt; men der er en forskel på, hvordan de rent praktisk kan genereres.

Undskyld min uvidenhed, men kræver det ikke afbøjning i et magnefelt, for at elektroner stråler?

Nej. I så fald ville en antenne ikke virke.

  • 0
  • 28

Er der en teoretisk øvre grænse for effektiviteten, som med Betz lov for vindmøller?

Søg og du skal finde.

"The maximum theoretical efficiency calculated is 86.8% for a stack of an infinite number of cells, using the incoming concentrated sunlight radiation.[7] When the incoming radiation comes only from an area of the sky the size of the sun, the efficiency limit drops to 68.7%.[8]"

I praksis vil de 59% fra Betz lov nok give en meget god øvre grænse, selvom det ikke kan sammenlignes.

  • 11
  • 1

Svar på:

, men de er iøjnefaldende og har en stor feel good factor (for de 'troende')! :)

Solceller er en rigtig dårlig løsning.

Hej Hans Henrik og Peter

Jeres argumentation-niveau svarer til at brokke jer over kernekraft, fordi den benytter dampmaskiner.

Med andre ord; det er forfejlet.

.

Solceller får deres energi fra solen. Solens sollys får energien fra sin fusionsreaktor.

Dét burde I være begejstret over - ren solenergi stort set uden radioaktivt affald på jorden :-)

  • 23
  • 4

Svar på:

Det jeg tænker på er, at lyset får elektroner til at flytte sig, og elektroner der flytter sig stråler.

I halvlederbaserede solcelledioder (og fotodioder) overføres energien fra en lysfoton ved at spalte et elektronhul (kvasipartikel) fra en elektron i valensbåndet - i PN-overgangen.

(I PN-overgangen (i mørke og uden påtrykt spænding) vil elektronerne (fra N-doterede silicium) og elektronhulerne (fra P-doterede silicium) have rekombineret. De spaltes igen under belysning - solcellevirkning)

Det sker dog kun for siliciumbaserede solcelledioder, hvis lysfotonets bølgelængde er mindre end ca. 1200 nm. Faktisk har en monokrystallinsk siliciumbaserede solcellediode en virkningsgrad på ca. 50% for bølgelængder i intervallet 900-1000 nm.

Faktisk virker mange lysdioder også som solcelledioder, men grundet det meget lille lysdiode-chip-overfladeareal, fås kun en lille strøm ved solbelysning.

  • 4
  • 0

Svar på:

Det jeg tænker på er, at lyset får elektroner til at flytte sig, og elektroner der flytter sig stråler.

I halvlederbaserede solcelledioder (og fotodioder) overføres energien fra en lysfoton

Kan du så ikke lige forklare mig, hvorfor en enkeltleder, der gennemløbes af en vekselstrøm, stråler, hvorimod en snoet dobbeltleder med strøm i modsatgående retninger stort set ikke gør? Hvordan fortæller den ene leder den anden, at den i sidstnævnte situation ikke skal udsende fotoner, og hvad får i det hele taget en leder til at udsende fotoner på tværs af strømretningen?

Det er ufatteligt, at du og åbenbart mindst 12 andre her kan blive ved med at tro på det forvrøvlede sludder med fotoner, som ingen af jer eller nogen som helst andre er i stand til at forsvare.

  • 0
  • 22

Svar:

Kan du så ikke lige forklare mig, hvorfor en enkeltleder, der gennemløbes af en vekselstrøm, stråler, hvorimod en snoet dobbeltleder med strøm i modsatgående retninger stort set ikke gør? Hvordan fortæller den ene leder den anden, at den i sidstnævnte situation ikke skal udsende fotoner, og hvad får i det hele taget en leder til at udsende fotoner på tværs af strømretningen?

Om en enkeltleder med vekselstrøm gennem sig, vil der være tre felter om den:

Nærfeltet - meget kort rækkevidde - anvendes til fx RFID, elektromotorer, dynamoer, elektrostatiske motorer, elektrostatiske generatorer og i transformatorer:

  1. Vekslende magnetisk felt
  2. Vekslende elektrisk felt

Fjernfeltet - anvendes til radiokommunikation:

  1. Radiobølger (fotoner)

.

Hvis en eller flere ledere netto laver et vekslende magnetisk felt og/eller vekslende elektrisk felt grundet strøm-ubalance, vil der i større eller mindre grad også kunne modtages radiobølger "langt væk" - dvs fx 10 bølgelængder væk. Acceleret ladning (netto) som er synlig langt væk, vil udstråle radiobølger mere eller mindre godt. Kilde arrl.org: Why an Antenna Radiates: Citat: "...And an accelerating or decelerating charged body, be it an electron or a pithball, is a source of electromagnetic radiation...The radiation field of an antenna transmits only real power, which travels out toward distant localities without ever reversing direction. [] The induction field carries only reactive power, [] and the coulomb field carries both real and reactive power..."

.

Hvis et snoet ledningspar (TP; twisted pair) netto ikke laver et vekslende magnetisk felt og/eller vekslende elektrisk felt et lille stykke væk (fx 0,1 bølgelængder væk), vil ingen af de tre felter stort set kunne detekteres et lille eller langt stykke væk.

Det snoede ledningspar fungerer faktisk som et effektivt balanceret kabel - selv tæt på. Grundet den rette snoning og den rette snoning af flere ledningspar, kan man fx have fire balancerede kabler i samme kabel, med kun meget lidt overhøring mellem de enkelte ledningspar.

Det er et veltestet fysisk fænomen at "næsten frie"-elektroner og radiobølger under de rette vilkår vekselvirker.

Det er et veltestet fysisk fænomen at "næsten frie"-elektroner og fotoner under de rette vilkår vekselvirker.

  • 1
  • 0

Svar på:

Det er jeg alt sammen klar over; men du svarer ikke på mit spørgsmål. Hvordan skabes de felter og radiobølger med fotoner?

Hej Carsten

Du ved vel hvad vekselvirkning betyder?

Det er et veltestet fysisk fænomen at "næsten frie"-elektroner og radiobølger under de rette vilkår vekselvirker.

Det er et veltestet fysisk fænomen at "næsten frie"-elektroner og fotoner under de rette vilkår vekselvirker.

Wikipedia: Vekselvirkning og kvanteelektrodynamik: Citat: "...In another work that departed from classical electro-magnetism, Einstein also explained the photoelectric effect by utilizing Max Planck's discovery that light was transmitted in 'quanta' of specific energy content based on the frequency, which we now call photons. Starting around 1927, Paul Dirac combined quantum mechanics with the relativistic theory of electromagnetism. Further work in the 1940s, by Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger, and Sin-Itiro Tomonaga, completed this theory, which is now called quantum electrodynamics, the revised theory of electromagnetism. Quantum electrodynamics and quantum mechanics provide a theoretical basis for electromagnetic behavior such as quantum tunneling, in which a certain percentage of electrically charged particles move in ways that would be impossible under the classical electromagnetic theory, that is necessary for everyday electronic devices such as transistors to function..."

Wikipedia: Quantum electrodynamics: Citat: "...In essence, it describes how light and matter interact and is the first theory where full agreement between quantum mechanics and special relativity is achieved. QED mathematically describes all phenomena involving electrically charged particles interacting by means of exchange of photons and represents the quantum counterpart of classical electromagnetism giving a complete account of matter and light interaction. ..."

  • 2
  • 1

Det er et veltestet fysisk fænomen at "næsten frie"-elektroner og fotoner under de rette vilkår vekselvirker.

Du ved vel hvad vekselvirke betyder?

Ja, jeg ved udmærket, hvad vekselvirke betyder; men du prøver stadig at smyge dig udenom mine spørgsmål, som både du og jeg godt ved, at hverken du eller andre kan svare på!

Det nytter ikke noget at henvise til, at elektromagnetisk stråling består af fotoner, når hverken du eller andre kan gøre rede for den mekanisme. Man kunne med nøjagtig samme ret eller uret påstå, at lys består at grønne månepartikler, og at elektroner og grønne månepartikler vekselvirker, så igen:

  • Hvordan fortæller den ene leder i en parsnoet ledning den anden, at den i modsætning til en enkeltleder ikke skal udsende fotoner?
  • Hvad får en leder til at udsende fotoner på tværs af strømretningen?
  • 0
  • 17

Svar på:

Det nytter ikke noget at henvise til, at elektromagnetisk stråling består af fotoner, når hverken du eller andre kan gøre rede for den mekanisme.

Her får du en del kilder på at forskere kan udsende - og detektere enkeltfotoner - én ad gangen.

Enkeltfoton udsendere:

Feb 4, 2014, physicsworld.com: Room-temperature quantum dots emit single photons: Citat: "...Gallium-nitride quantum dots can emit single photons at room temperature, according to new experimental observations made by researchers in Japan. The findings prove once and for all that such gallium-nitride quantum dots, which are wide-band-gap semiconductors, can be employed as room-temperature single-photon sources..."

Jan 29, 2016, physicsworld.com: Single-photon source is efficient and indistinguishable.

University of Copenhagen - Niels Bohr Institute. (2015, July 27). Quantum networks: Back and forth are not equal distances. ScienceDaily: Citat: "... "We can control the state of the quantum dot and thereby determine the direction in which the photon is emitted and whether the light, which moves in one direction or the other, needs to be delayed...says Professor Peter Lodahl. ..."

National Institute of Standards and Technology (NIST). (2010, October 15). Changing the color of single photons emitted by quantum dots. ScienceDaily: Citat: "... "The quantum dot can act as a true single photon source," says Srinivasan. "Each time we excite the dot, it subsequently releases that energy as a single photon. In the past, we had little control over the wavelength of that photon, but now we can generate a single photon of one color on demand, transmit it over long distances with fiber optics, and convert it to another color." ... The paper describes how the wavelength conversion of the photons improved their detection sensitivity by a factor of 25 with respect to what was achieved prior to conversion. ..."

single-photon detector (SPD):

February 19, 2013, nist.gov: High Efficiency in the Fastest Single-Photon Detector System.

November 19, 2019, scitechdaily.com: High-Performance Camera to Help Detect Extraterrestrial Life, Dark Matter Can Count Single Photons.

Karlsruhe Institute of Technology. (2013, January 25). Quantum communication: Each photon counts. ScienceDaily.

University of California - Santa Barbara. (2013, November 4). Cutting-edge detector technology for astronomical observations developed. ScienceDaily: Citat: "...Scientists have now developed a superconducting detector array that measures the energy of individual photons..."What we have made is essentially a hyperspectral video camera with no intrinsic noise," Mazin said..."

Mere om fotonvekselvirkninger:

Centre for Quantum Technologies at the National University of Singapore. (2016, December 2). Shape matters when light meets atom: Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices. ScienceDaily: Citat: "... We don't often think of photons as being spread out in time and space and thus having a shape, but the ones in this experiment were some four metres long. Christian Kurtsiefer, Principal Investigator at CQT, and his team have learned to shape these photons with extreme precision. ... The researchers found that if the photon arrived dimly, from the atom's point of view, then ended brightly, the peak probability of excitation was just over 50% higher than when the photon arrived bright and had a long, fading tail. ..."

May 19, 2014, scitechdaily.com: Physicists Discover How to Turn Light into Matter: Citat: "... The collider experiment that the scientists have proposed involves two key steps. First, the scientists would use an extremely powerful high-intensity laser to speed up electrons to just below the speed of light. They would then fire these electrons into a slab of gold to create a beam of photons a billion times more energetic than visible light. The next stage of the experiment involves a tiny gold can called a hohlraum (German for ‘empty room’). Scientists would fire a high-energy laser at the inner surface of this gold can, to create a thermal radiation field, generating light similar to the light emitted by stars. They would then direct the photon beam from the first stage of the experiment through the center of the can, causing the photons from the two sources to collide and form electrons and positrons. It would then be possible to detect the formation of the electrons and positrons when they exited the can. ..."

  • 8
  • 1

Her får du en del kilder på at forskere kan udsende - og detektere enkeltfotoner - én ad gangen.

Hvilket stadig ikke besvarer mine spørgsmål; men dette citat fra dit eget indlæg burde ærlig talt give dig stof til eftertanke:

We don't often think of photons as being spread out in time and space and thus having a shape, but the ones in this experiment were some four metres long. Christian Kurtsiefer, Principal Investigator at CQT, and his team have learned to shape these photons with extreme precision. ... The researchers found that if the photon arrived dimly, from the atom's point of view, then ended brightly, the peak probability of excitation was just over 50% higher than when the photon arrived bright and had a long, fading tail. ..."

Det er recepten på en svingning med en variabel indhyldningskurve - enten svag til at starte med (arrived dimly, from the atom's point of view, then ended brightly) eller omvendt (photon arrived bright and had a long, fading tail), hvor det sidste også ses fra udladningsrør.

Ovenstående viser helt klart, hvad der i realiteten sker, og at fotonmodellen dermed må være noget vrøvl, for ethvert fysik eksisterende signal er nemlig defineret som integralet af effekten over tid (funktion af indhyldningskurven), og her er problemet med fotonmodellen, at effekten netop ikke er defineret. Man har kun den samlede energi, som er E = hf og altså ikke en svingning med påvirkelig indhyldningskurve, som ovenstående klart viser er den fysiske sandhed - hvilket jeg iøvrigt har påpeget talrige gange før her på ing.dk. At "udsende en foton" eller et "lyskvant" svarer i virkeligheden til at anslå eller slippe en guitarstreng, hvor lyden så bevæger sig gennem et transmissionsmedie, som bestemmer hastigheden - ikke at skyde en hypotetisk partikel afsted gennem f.eks. vakuum med en fast hastighed, som er uafhængig af betragteren, og som ingen kan forklare hvor stammer fra, da vakuum jo ikke kan have egenskaber af nogen som helst art.

Hvilken frekvens har fotonen iøvrigt? f = E/h, hvor både E og h er uhyre veldefinerede er ialtfald ikke rigtigt, for afhængig af indhyldningskurven genereres matematisk veldefinerede sidebånd (AM modulation), som indeholder modulationsfrekvensen, som ofte er langt lavere end f - se https://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude_mo... og ikke tilfældig udbredelse af frekvensspektret på baggrund af Heisenbergs usikkerhedsrelation, som fotontilhængerne somme tider påstår. Eksperimentet viser jo klart, at der ikke er nogen usikkerhed over lysudsendelse, hvilket også ville være i strid med energibevarelsen, som Heisenbergs usikkerhedsrelation netop er.

  • 0
  • 18

Svar på:

Det er recepten på en svingning med en variabel indhyldningskurve - enten svag til at starte med (arrived dimly, from the atom's point of view, then ended brightly) eller omvendt (photon arrived bright and had a long, fading tail), hvor det sidste også ses fra udladningsrør.

Ovenstående viser helt klart, hvad der i realiteten sker, og at fotonmodellen dermed må være noget vrøvl, for ethvert fysik eksisterende signal er nemlig defineret som integralet af effekten over tid (funktion af indhyldningskurven), og her er problemet med fotonmodellen, at effekten netop ikke er defineret.

Vil du anfægte at elektronen er udelelig efter at have læst følgende?:

October 28, 2014, brown.edu: Can the wave function of an electron be divided and trapped?: Citat: "... Experiments led by Humphrey Maris, professor of physics at Brown, suggest that the quantum state of an electron — the electron’s wave function — can be shattered into pieces and those pieces can be trapped in tiny bubbles of liquid helium. To be clear, the researchers are not saying that the electron can be broken apart. Electrons are elementary particles, indivisible and unbreakable. But what the researchers are saying is in some ways more bizarre. ... “We are trapping the chance of finding the electron, not pieces of the electron,” Maris said. “It’s a little like a lottery. When lottery tickets are sold, everyone who buys a ticket gets a piece of paper. So all these people are holding a chance and you can consider that the chances are spread all over the place. But there is only one prize — one electron — and where that prize will go is determined later.” ... Because the bubbles have a well-defined size, they should all experience the same amount of drag as they move, and should therefore arrive at the detector at the same time. But that’s not what happens. Experiments have detected unidentified objects that reach the detector before the normal electron bubbles. Over the years, scientists have cataloged 14 distinct objects of different sizes, all of which seem to move faster than an electron bubble would be expected to move. “They’ve been a mystery ever since they were first detected,” Maris said. “Nobody has a good explanation.” ..."

May 15, 2012, scitechdaily.com: Quantum Theorists State That Wavefunctions Are Real, States Not Just Statistical Tools.

  • 4
  • 1

Vil du anfægte at elektronen er udelelig efter at have læst følgende?:

Hvad har elektronens udelelighed med de påståede 4 m lange fotoner fra de ovenstående indlæg at gøre?

Dit indlæg omtaler yderligere én af fysikkens utallige vrøvlehistorier - bølgepakker. I et lineært system opfører enhver bølge sig som om, den var den eneste bølge i dette univers, så at hævde, at interfererende bølger kan skabe en bølgepakke med begrænset størrelse er ganske simpelt noget vrøvl.

Måske så verden knapt så mystisk ud, hvis traditionel fysik ikke hårdnakket nægtede at acceptere, at Einstein tog fejl, så vi endelig kunne få æteren accepteret igen og dermed komme videre med en dybere forståelse af verden?

Her er en ambuteret artikel, der beskriver mange af de samme tanker, som jeg har: https://zer-ist-spb.ru/en/with-your-own-ha... og https://mpudm.ru/en/obzh/rukopis-nikoly-te... . Desværre mangler mange, vigtige afsnit og figurer, hvilket gør det svært at følge argumentationen. Måske har forfatteren ikke villet røbe alle sine tanker, men alligevel har villet bevise hvem, der kom med grundidéen, så han har skåret vigtige afsnit væk og gemt artiklen væk i hjørner af internettet, hvor man ikke ville lede efter den slags, men Google dog alligevel kunne finde den? Det kunne være yderst interessant at se den fulde version.

  • 0
  • 16
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten