Наносферы помогут улучшить характеристики солнечных батарей
 Изображение поверхности из наносфер кремния, полученное при помощи методик сканирующей туннельной микроскопии. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
По мнению американских ученых из Stanford University, наноструктуры из кристаллического кремния могут быть идеальным «строительным материалом» для изготовления фотоэлектрических устройств. Кремниевые структуры с одной стороны, отлично проводят электрический ток, с другой стороны – могут выдерживать длительное воздействие солнечного света без повреждения поверхности. Тем не менее, существует одна значимая проблема с использованием кремния в солнечных батареях: этот материал поглощает свет не достаточно эффективно. Для поглощения большего количества излучения необходимо создавать отдельные слои материала, что достаточно трудоемко. Подобная техника производства является слишком дорогостоящей для ее масштабирования на коммерческое производство.
Исследователи считают, что проблему помогут решить наносферы из кремния. Фотоны попадают в энергетические ловушки внутри полых наноструктур и циркулируют в них за счет явления полного внутреннего отражения. Важно, что при этом свет все еще остается в материале, т.е. увеличивается вероятность его поглощения.
Для улучшения свойств солнечных батарей исследователи первоначально сформировали поверхность из наносфер кремния. Для этого они создали слой стеклянных шариков диаметром 50 нм, покрытых кремнием, и расположили их на кремниевой поверхности. Затем стекло было удалено при помощи плавиковой кислоты. Кислота не воздействует на окружающие слои кремния, таким образом, техника приводит к созданию требуемой структуры из кремниевых наносфер.
По мнению ученых, подобные наносферы из кристаллического кремния можно производить в требуемом количестве и достаточно быстро. Для сравнения, тонкая (толщиной порядка 1 микрона) твердая пленка нанокристаллического кремния с аналогичными свойствами адсорбции света формируется в течение нескольких часов. Кроме того, кремниевые наносферы поглощают излучение в более широком спектральном диапазоне.
Но это еще не все особенности предложенной техники. Для производства поверхности из кремниевых наносфер требуется гораздо меньше исходного материала (примерно в 20 раз меньше по сравнению с упомянутыми выше тонкими пленками). Таким образом, методика позволяет очевидным образом снизить затраты на обработку. К слову, подобную идею исследователи планируют опробовать и в других областях производства, где требуется создавать тонкопленочные ячейки из редких и дорогостоящих материалов, таких как теллурий или индий. Еще одна особенность предложенной поверхности заключается в том, что кремниевые наносферы не требовательны к углу падения солнечного света; кроме того, слои сфер могут быть согнуты или свернуты без структурных деформаций.
Все перечисленные качества кремниевых наносфер могут открыть множество новых приложений для солнечных батарей в тех сферах, где угол оптимальной экспозиции не всегда удавалось соблюсти. В качестве примера ученые привели футуристические идеи о фотоэлектрической одежде для альпинистов или солнечных парусах.
Исследователи уже выполнили все необходимые теоретические расчеты. В настоящее время они заняты производством наносфер из кремния на практике. Параллельно изучается структура новых нанообъектов, а также возможность их использования в других сферах.
Также по теме:
- Карбид кремния открывает новые возможности для квантовых вычислений
- Предложен способ создания кремниевых нанопроводов различных политипов, а также их возможное применение
Источники: