Нанопровода из фосфида индия позволяют улучшить солнечные батареи
 Компьютерное моделирование процесса поглощения света на пяти нанопроводах из фосфида индия. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Поскольку в мире все актуальнее становится вопрос преобразования энергии из возобновляемых источников в электричество, многие научные группы заняты разработкой солнечных элементов, которые обладали бы достаточной эффективностью и сравнительно низкой ценой, что сделало бы их подходящими для коммерческого использования. Один из перспективных с этой точки зрения материалов – фосфид индия, обладающий запрещенной зоной в 1,34 эВ, что определяет его способность поглощать солнечный свет в широком диапазоне длин волн. Хотя материал этот нельзя назвать коммерчески нерентабельным (на рынке уже можно найти некоторое количество устройств на его основе), стремление к снижению стоимости солнечных элементов ведет к попыткам использования в качестве основы солнечных батарей нанообъектов, сконструированных их фосфида индия. Похоже, несмотря на технические сложности в производстве подобных нанообъектов, ученые из Швейцарии и Германии успешно решили эту задачу.
В своей последней работе совместная группа ученых из Solid State Physics (Швеция), Fraunhofer ISE (Германия) и University of Kassel (Германия), а также коммерческой компании Solvoltaics AB (Швеция), показали, что для создания высокоэффективных солнечных батарей может использоваться не сам фосфид индия, а нанопровода, выращенные на его основе. Результаты их работы показывают, что подобные устройства будут более гибкими и дешевыми, чем обычные солнечные элементы, изготовленные из объемного полупроводника III – V групп. Наноструктуры оказываются эффективным поглотителем света за счет того, что они могут выступать в качестве «антенн», фокусирующих на себе гораздо больше энергии световой волны. Это происходит благодаря так называемому плазмонному резонансу – взаимодействию фотонов излучения и коллективных колебаний электронов в полупроводнике, что обеспечивает высокую долю поглощения света, несмотря на то, что лишь малая часть поверхности устройства оказывается покрыта упомянутыми наноматериалами.
В рамках своих экспериментов ученые вырастили нанопровода из фосфида индия с использованием техники, известной, как осаждение из парообразного состояния, где металлические наночастицы являются катализатором роста нанопроводов в непосредственной близости от себя. А главная сложность эксперимента заключалась в том, что ученым необходимо было вырастить практически идеальные по своей форме нанопровода определенной длины и диаметра без радиальных отростков, которые могли бы привести в будущем к короткому замыканию в устройстве. Чтобы добиться положительного результата в этом процессе ученым потребовалось четыре года. Специально для этого была разработана техника, препятствующая паразитным радиальным образованиям во время роста нанопроводов, для воплощения которой требовалась соляная кислота. Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Science.
На сегодняшний день наибольшая эффективность преобразования солнечной энергии в электричество внутри ячейки из фосфида индия, о которой сообщалось в научных работах, составляет 22%. И в ближайшее время ученые планируют попытаться побить этот рекорд с использованием меньшего количества дорогостоящего материала за счет применения в солнечных элементах своих нанопроводов.
Также по теме:
- Управление свойствами нанопровода на стадии роста – не научная фантастика, а реальность
- Ученые приспособили нанопровода для новых лавинных фотодетекторов
- Благодаря полимерному слою оптоэлектронные устройства на основе графена смогут лучше адаптироваться к реальным задачам
- InGaN позволяет создавать качественные фотоаноды для получения альтернативной энергии
- У кремниевой фотоники появился новый источник света, работающий при комнатной температуре
Источники: