Новая методика захвата света позволяет сделать солнечные батареи тоньше
 Схематическое изображение предложенной наноструктуры для поглощения света. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Солнце является наилучшим и почти безграничным альтернативным источником энергии. Но, несмотря на огромные успехи, достигнутые в сфере развития технологий создания солнечных элементов, в мире коммерческих устройств по-прежнему не хватает эффективных и не дорогих преобразователей.
Для коммерческого успеха солнечная батарея должна удовлетворять одновременно двум условиям. Во-первых, материал, из которого она сделана, должен быть «оптически толстым», чтобы каждый попадающий на него фотон использовался для генерации пары электрон-дырка. В то же время, материал не должен быть слишком толстым физически, т.к. в его объеме фотогенерированная пара рекомбинирует прежде, чем достигает электродов, где она должна превратиться в «полезный ток». Один из способов удовлетворить этим двум противоречивым критериям – использовать химически-чистые (и, стало быть, дорогие) материалы для формирования поглощающего слоя. Естественно, этот способ не очень подходит для широкого коммерческого внедрения.
Существует и другой подход: увеличение количества света, поглощаемого тонким слоем обычного фотоэлектрического материала с помощью техник захвата фотонов. Значительных успехов в этой области совсем недавно добилась группа ученых из North Carolina State University (США). Группа проводила эксперименты на наноструктуре, напоминающей сэндвич и состоящей из слоя поглощающего свет полупроводника (в данном случае аморфного кремния), размещенного между двумя не поглощающими диэлектрическими слоями: ZnO и Si3N4. Форма наноструктуры была выбрана такой, чтобы реализовать оптическую антенну, концентрирующую свет в слое кремния, за счет использования плазмонных мод. Благодаря своей особой структуре, предложенный «сэндвич» может поглощать гораздо больше света. Другим важным моментом является то, что диэлектрические слои играют роль просветляющего покрытия, а значит, система отражает гораздо меньше света и повышает общую эффективность устройства. Исследователи максимально возможно оптимизировали толщину диэлектрического слоя для наилучшего просветления (сохранив при этом способность структуры концентрировать свет в слое аморфного кремния). В результате предложенная учеными методика позволяет структурам на основе аморфного кремния всего 70 нм толщиной поглощать до 90% падающего излучения. Столь высокий процент поглощенных фотонов ранее требовал гораздо более толстых пластин аморфного кремния – не менее 300 нм толщиной.
Исследователи уверены, что техника может быть применена и к другим светопоглощающим материалам, в том числе органическим. Более того, методика оказывается совместима со стандартными техниками осаждения тонких пленок, применяющимися сегодня при промышленном производстве солнечных батарей.
На данный момент научная группа продолжает оптимизировать свои солнечные батареи. Уже сейчас они ищут промышленных партнеров для коммерциализации разработки. Подробные результаты их работы опубликованы в журнале Nano Letters.
Также по теме:
- Связывание квантовых точек повысит производительность солнечных батарей
- Спаривание фотонов может иметь коммерческий смысл
- Гонконгские ученые предложили новый тип аккумулятора
- Наносферы помогут улучшить характеристики солнечных батарей
- Связки нанотрубок могут найти применение в солнечных элементах
Источники: