Предложен способ улучшения КПД солнечных элементов с помощью контактов из оксида молибдена
 Пример солнечных элементов с оксидом молибдена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Традиционно солнечный элемент состоит из поглощающего свет полупроводникового слоя, с одной стороны соединенного с селективным контактом, который пропускает дырки проводимости и блокирует свободные электроны. С другой стороны полупроводниковый слой связан с дополнительным селективным контактом, выполняющим обратную функцию (т.е. блокирующим дырки проводимости и передающим электроны). Когда солнечный свет попадает на такое устройство, селективные контакты действуют, как фильтры для электронов и дырок. В рамках каждого контакта устанавливается градиент химического потенциала, который, в свою очередь, генерирует ток диффузии.
Для достижения высокой эффективности преобразования энергии в солнечных батареях, поверхностные дефекты полупроводника должны быть пассивированы, так чтобы они не мешали потоку сгенерированных электронов и дырок проводимости. Это позволяет носителям тока пройти через контакты и таким образом обеспечить вклад в полезный ток, прежде чем они рекомбинируют.
Солнечные батареи на основе так называемых кремниевых гетеропереходов, имеющие КПД более 24,7%, обычно используются в качестве «образцовой модели» этого класса солнечных ячеек. Эти устройства содержат тонкий слой гидрогенизированного аморфного кремния, а также поверхностно-пассивирующий слой.
Проблема в том, что аморфный кремний имеет запрещенную зону шириной всего 1,7 – 1,8 эВ. Кроме того, сам по себе он содержит очень много дефектов. Более того, даже если пассивирующий слой имеет толщину всего в несколько нанометров, он, увы, поглощает свет в видимой части солнечного спектра и УФ-диапазоне. Если устранить эту проблему, результат не улучшится, поскольку поглощающие свет полупроводниковые слои в солнечных элементах стараются делать все тоньше в целях повышения напряжения. Хотя исследователи пытались решить эту проблему, заменяя аморфный кремний на другие модификации с широкой запрещенной зоной, стратегия в целом оказалась не особо успешной.
Теперь совместная группа ученых из University of California, Lawrence Berkeley National Lab (США) и Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, Швейцария) предложила радикально иной способ усовершенствования контактной схемы для солнечных элементов на основе кремниевого гетероперехода. Метод подразумевает использование в качестве пассивирующего слоя тонких пленок из оксида молибдена. Надо отметить, что оксид молибдена традиционно используется в качестве контактного слоя в органической электронике и фотовольтаике. Однако до сих пор никто не пытался применить этот материал к наиболее распространенным полупроводникам на основе кремния. Группа ученых решилась на такую проверку и обнаружила, что материал функционирует даже лучше, чем они ожидали.
Как считают ученые, их технология может быть легко реализована в рамках существующих производственных линий. Таким образом, первые солнечные элементы, содержащие слой оксида молибдена, могут появиться на рынке уже менее чем через год.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Applied Physics Letters.
Также по теме:
- Ученые создали атомарного размера инструмент для работы с графеном
- Разработан метод утилизации кремниевых микросхем
- Впервые получен спектр шаровой молнии
- Продолжается усложнение квантовых цепей
- Ученые визуализировали «танцы» кластеров из атомов кремния в графене
Источники: