A special invisibility cloak (right

A special invisibility cloak (right) guides sunlight past the contacts for current removal to the active surface area of the solar cell.
Credit: Graphics: Martin Schumann, KIT
Success of the energy turnaround will depend decisively on the extended use of renewable energy sources. However, their efficiency partly is much smaller than that of conventional energy sources. The efficiency of commercially available photovoltaic cells, for instance, is about 20%. Scientists of Karlsruhe Institute of Technology (KIT) have now published an unconventional approach to increasing the efficiency of the panels. Optical invisibility cloaks guide sunlight around objects that cast a shadow on the solar panel, such as contacts for current extraction.

Energy efficiency of solar panels has to be improved significantly not only for the energy turnaround, but also for enhancing economic efficiency. Modules that are presently mounted on roofs convert just one fifth of the light into electricity, which means that about 80% of the solar energy are lost. The reasons of these high losses are manifold. Up to one tenth of the surface area of solar cells, for instance, is covered by so-called contact fingers that extract the current generated. At the locations of these contact fingers, light cannot reach the active area of the solar cell and efficiency of the cell decreases.

"Our model experiments have shown that the cloak layer makes the contact fingers nearly completely invisible," doctoral student Martin Schumann of the KIT Institute of Applied Physics says, who conducted the experiments and simulations. Physicists of KIT around project head Carsten Rockstuhl, together with partners from Aachen, Freiburg, Halle, Jena, and Jülich, modified the optical invisibility cloak designed at KIT for guiding the incident light around the contact fingers of the solar cell.

Normally, invisibility cloak research is aimed at making objects invisible. For this purpose, light is guided around the object to be hidden. This research project did not focus on hiding the contact fingers visually, but on the deflected light that reaches the active surface area of the solar cell thanks to the invisibility cloak and, hence, can be used.

To achieve the cloaking effect, the scientists pursued two approaches. Both are based on applying a polymer coating onto the solar cell. This coating has to possess exactly calculated optical properties, i.e. an index of refraction that depends on the location or a special surface shape. The second concept is particularly promising, as it can potentially be integrated into mass production of solar cells at low costs. The surface of the cloak layer is grooved along the contact fingers. In this way, incident light is refracted away from the contact fingers and finally reaches the active surface area of the solar cell (see Figure).

By means of a model experiment and detailed simulations, the researchers demonstrated that both concepts are suited for hiding the contact fingers. In the next step, it is planned to apply the cloaking layer onto a solar cell in order to determine the efficiency increase. The physicists are optimistic that efficiency will be improved by the cloak under real conditions: "When applying such a coating onto a real solar cell, optical losses via the contact fingers are supposed to be reduced and efficiency is assumed to be increased by up to 10%," Martin Schumann says.

Story Source:

The above post is reprinted from materials provided by Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Note: Materials may be edited for content and length.

Journal Reference:

Martin F. Schumann, Samuel Wiesendanger, Jan Christoph Goldschmidt, Benedikt Bläsi, Karsten Bittkau, Ulrich W. Paetzold, Alexander Sprafke, Ralf B. Wehrspohn, Carsten Rockstuhl, Martin Wegener. Cloaked contact grids on solar cells by coordinate transformations: designs and prototypes. Optica, 2015; 2 (10): 850 DOI: 10.1364/OPTICA.2.000850
Cite This Page:
MLA
APA
Chicago
Karlsruher Institut für Technologie (KIT). "Invisibility cloak might enhance efficiency of solar cells: Material hides contact fingers that extract current from solar cells and cover the active surface; measurements confirm cloaking effect." ScienceDaily. ScienceDaily, 30 September 2015. .

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

เสื้อคลุมล่องหนพิเศษ (ขวา) แนะนำแสงแดดที่ผ่านมารายชื่อสำหรับการกำจัดปัจจุบันไปยังพื้นที่ผิวที่ใช้งานของเซลล์แสงอาทิตย์.
เครดิต: กราฟิก: มาร์ตินแมนน์,
ชุดที่ประสบความสำเร็จในการตอบสนองการใช้พลังงานจะขึ้นอยู่อย่างเด็ดขาดกับการใช้งานที่ขยายจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน แต่ประสิทธิภาพของพวกเขาบางส่วนมีขนาดเล็กกว่าที่ของแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิม ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ใช้ได้ในเชิงพาณิชย์เช่นเป็นประมาณ 20% นักวิทยาศาสตร์ของคาร์ลส์สถาบันเทคโนโลยี (KIT) ได้เผยแพร่ในขณะนี้วิธีการแปลกใหม่ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของการติดตั้งที่ เสื้อคลุมล่องหน Optical แนะนำแสงแดดรอบวัตถุที่แรเงาบนแผงพลังงานแสงอาทิตย์เช่นรายชื่อในการสกัดปัจจุบัน. ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะต้องมีการปรับตัวดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญไม่เพียง แต่สำหรับการตอบสนองการใช้พลังงาน แต่ยังสำหรับการเสริมสร้างประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ โมดูลที่ติดตั้งอยู่บนหลังคาในปัจจุบันแปลงเพียงหนึ่งในห้าของแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งหมายความว่าประมาณ 80% ของพลังงานแสงอาทิตย์จะหายไป สาเหตุของการสูญเสียสูงเหล่านี้มีมากมาย ถึงหนึ่งในสิบของพื้นที่ผิวของเซลล์แสงอาทิตย์เช่นถูกปกคลุมด้วยสิ่งที่เรียกว่านิ้วมือของผู้ติดต่อที่สารสกัดจากปัจจุบันที่สร้างขึ้น ในสถานที่ของนิ้วมือที่ติดต่อเหล่านี้แสงไม่สามารถเข้าถึงพื้นที่ที่ใช้งานของเซลล์แสงอาทิตย์และประสิทธิภาพของเซลล์ลดลง. "การทดลองแบบจำลองของเราได้แสดงให้เห็นว่าชั้นเสื้อคลุมทำให้นิ้วมือของผู้ติดต่อเกือบมองไม่เห็นอย่างสิ้นเชิง" นักศึกษาปริญญาเอกมาร์ตินแมนน์ของ KIT สถาบันฟิสิกส์ประยุกต์กล่าวว่าผู้ที่ดำเนินการทดสอบและการจำลอง ฟิสิกส์ของ KIT รอบศีรษะโครงการคาร์สเท Rockstuhl ร่วมกับคู่ค้าจากอาเค่น, Freiburg, ฮัลลีเจและJülich, การปรับเปลี่ยนผ้าคลุมล่องหนออปติคอลได้รับการออกแบบที่ KIT สำหรับแนวทางแสงที่ตกกระทบรอบนิ้วติดต่อของเซลล์แสงอาทิตย์. ปกติผ้าคลุมล่องหน การวิจัยมีวัตถุประสงค์ที่จะทำให้วัตถุที่มองไม่เห็น ในการนี้ถูกนำแสงรอบวัตถุที่ถูกซ่อนไว้ โครงการวิจัยนี้ไม่ได้มุ่งเน้นไปที่หลบซ่อนตัวอยู่ที่นิ้วมือการติดต่อทางสายตา แต่ในแสงหักเหที่มาถึงพื้นที่ผิวที่ใช้งานของขอบคุณเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อการล่องหนและจึงสามารถนำมาใช้. เพื่อให้บรรลุผลการปิดบังนักวิทยาศาสตร์ไล่ ทั้งสองวิธี ทั้งสองจะขึ้นอยู่กับการใช้เคลือบลงบนพอลิเมอเซลล์แสงอาทิตย์ เคลือบนี้มีการคำนวณว่ามีคุณสมบัติทางแสงคือดัชนีหักเหที่ขึ้นอยู่กับสถานที่หรือรูปทรงพื้นผิวพิเศษ แนวคิดที่สองคือมีแนวโน้มโดยเฉพาะอย่างยิ่งในขณะที่มันอาจจะนำไปรวมในการผลิตมวลของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ต้นทุนต่ำ พื้นผิวของชั้นเสื้อคลุมที่เป็นร่องตามนิ้วมือของผู้ติดต่อ ด้วยวิธีนี้แสงที่ตกกระทบจะหักเหออกจากนิ้วมือการติดต่อและในที่สุดก็มาถึงพื้นที่ผิวที่ใช้งานของเซลล์แสงอาทิตย์ (ดูรูป). โดยวิธีการของการทดลองรูปแบบและแบบจำลองที่มีรายละเอียดนักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าแนวความคิดทั้งสองมีความเหมาะสมสำหรับการซ่อน นิ้วมือที่ติดต่อ ในขั้นตอนต่อไปจะมีการวางแผนที่จะใช้สวมเสื้อชั้นลงบนเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อตรวจสอบเพิ่มขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ นักฟิสิกส์ที่มีในแง่ดีว่าประสิทธิภาพจะดีขึ้นโดยเสื้อคลุมภายใต้เงื่อนไขที่เป็นจริง "เมื่อใช้เช่นเคลือบลงบนเซลล์แสงอาทิตย์จริงการสูญเสียแสงผ่านนิ้วมือที่ติดต่อที่ควรจะลดลงและมีประสิทธิภาพจะถือว่าเพิ่มขึ้นถึง 10 % "มาร์ตินแมนน์กล่าวว่า. เรื่องที่มา: โพสต์ข้างต้นจะพิมพ์จากวัสดุที่จัดไว้ให้โดย Karlsruher Institut für Technologie (KIT) หมายเหตุ:. วัสดุอาจจะแก้ไขสำหรับเนื้อหาและระยะเวลาในวารสารอ้างอิง: มาร์ตินเอฟแมนน์, ซามูเอล Wiesendanger แจคริสโตอูแบรต์ดิก Blasi, Karsten Bittkau อูลดับบลิว Paetzold, อเล็กซานเด Sprafke ราล์ฟบี Wehrspohn, คาร์สเท Rockstuhl มาร์ติน Wegener . กริดติดต่อปกคลุมในเซลล์แสงอาทิตย์โดยการประสานงานการเปลี่ยนแปลง: การออกแบบและต้นแบบ Optica 2015; 2 (10): 850 DOI: 10.1364 / OPTICA.2.000850 Cite หน้านี้: มลาAPA ชิคาโกKarlsruher Institut für Technologie (KIT) "เสื้อคลุมล่องหนอาจเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์: วัสดุซ่อนนิ้วติดต่อที่สารสกัดจากปัจจุบันจากเซลล์แสงอาทิตย์และครอบคลุมพื้นผิวที่ใช้งาน; วัดยืนยันการปิดบังผล." วิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์, 30 กันยายน 2015






















.

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เสื้อคลุมล่องหนพิเศษ ( ขวา ) คู่มือแสงแดดผ่านกระแสการติดต่อเพื่อใช้งาน พื้นที่ผิวของเซลล์แสงอาทิตย์ .
เครดิต : กราฟิก : มาร์ติน ชูมันน์ สำเร็จชุด
ของฟื้นฟูพลังงานจะขึ้นกับเด็ดขาดในการใช้แหล่งพลังงานทดแทน อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของพวกเขาบางส่วนมีขนาดเล็กกว่าของแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ เช่น ประมาณ 20 % นักวิทยาศาสตร์ของ Karlsruhe Institute of Technology ( Kit ) ได้เผยแพร่วิธีการแหกคอกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของแผง แสงรอบวัตถุที่คู่มือ cloaks มองไม่เห็นแสงอาทิตย์ทอดเงาบนแผงพลังงานแสงอาทิตย์เช่นรายชื่อในการสกัดปัจจุบัน

ประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีการปรับปรุงอย่างมาก ไม่เพียง แต่สำหรับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน แต่ยังเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ โมดูลที่เป็นปัจจุบันติดตั้งอยู่บนหลังคาแปลงเพียงหนึ่งในห้าของแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งหมายความ ว่า ประมาณ 80% ของพลังงานแสงอาทิตย์จะหายไป สาเหตุของการสูญเสียสูงเหล่านี้มากมายถึงหนึ่งในสิบของพื้นที่ผิวของเซลล์แสงอาทิตย์ตัวอย่าง ครอบคลุมเรียกว่าติดต่อนิ้วที่แยกปัจจุบันสร้าง ในตำแหน่งของนิ้วมือสัมผัสเหล่านี้ ไฟไม่สามารถเข้าถึงพื้นที่ของการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์และประสิทธิภาพของเซลล์ลดลง

" การทดลองแบบจำลองของเราแสดงให้เห็นว่าเสื้อคลุมชั้นทำให้ติดต่อนิ้วเกือบสมบูรณ์ที่มองไม่เห็น" นักศึกษาปริญญาเอก มาร์ติน ชูมันน์คิทของสถาบันฟิสิกส์ประยุกต์ กล่าวว่า ผู้ทำการทดลองและแบบจำลอง . นักฟิสิกส์ของชุดรอบหัวหน้าโครงการใน rockstuhl ร่วมกับพันธมิตรจากอาเคน , Freiburg ฮอลล์ , Jena และลิมบวร์ก , แก้ไขแสง ออกแบบชุดเสื้อคลุมล่องหนที่นำแสงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นรอบ ๆติดต่อนิ้วมือของเซลล์แสงอาทิตย์ .

ปกติเสื้อคลุมล่องหนเพื่อมุ่งทำให้วัตถุล่องหน สำหรับวัตถุประสงค์นี้ แสงนำทางรอบ ๆวัตถุที่ถูกซ่อน โครงการนี้ไม่ได้เน้นปกปิดติดต่อนิ้วมือ สายตา แต่ในเบี่ยงเบนแสงที่ไปถึงงาน พื้นที่ผิวของเซลล์แสงอาทิตย์ขอบคุณเสื้อคลุมล่องหน และจึงสามารถใช้

เพื่อให้บรรลุการปิดบังผลนักวิทยาศาสตร์ติดตามสองวิธี ทั้งสองจะขึ้นอยู่กับการใช้โพลิเมอร์เคลือบลงบนเซลล์แสงอาทิตย์ เคลือบนี้ได้ครอบครองตรงคำนวณสมบัติทางแสง ได้แก่ ดัชนีการหักเหของแสงนั้นขึ้นอยู่กับสถานที่หรือรูปร่างพื้นผิวพิเศษ แนวคิดที่สองคือมีแนวโน้มโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันอาจจะถูกรวมในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่ค่าใช้จ่ายต่ำพื้นผิวของผ้าเป็นชั้นตามติดต่อร่องนิ้วมือ ในวิธีนี้ เหตุการณ์จะถูกหักเหแสงห่างจากการสัมผัสนิ้วมือและในที่สุดก็ถึงงาน พื้นที่ผิวของเซลล์แสงอาทิตย์ ( ดูรูป )

โดยวิธีการของการทดลองแบบจำลองและแบบจำลองของนักวิจัยพบว่าทั้งสองแนวคิดนี้จะเหมาะสำหรับซ่อนสัมผัสนิ้วมือ ในขั้นตอนต่อไปมันมีการวางแผนที่จะใช้ปิดบังชั้นลงบนเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น นักฟิสิกส์ยังมองในแง่ดีว่าประสิทธิภาพจะดีขึ้น โดยเสื้อคลุมภายใต้เงื่อนไขที่แท้จริง " เมื่อใช้เช่นเคลือบลงบนเซลล์แสงอาทิตย์จริงแสง การสูญเสียทางติดต่อนิ้วควรจะลดลง และประสิทธิภาพก็ถือว่ามีเพิ่มขึ้น 10 %