Forskere foreslår en teknologi, der reducerer omkostningerne ved højeffektive solceller

En gruppe af Sankt Petersborg-forskere har foreslået og eksperimentelt testet en teknologi til fremstilling af højeffektive solceller baseret på A3B5-halvledere integreret på et siliciumsubstrat, hvilket i fremtiden kan øge effektiviteten af ​​de eksisterende single-junction solcelleomformere med 1,5 gange. Udviklingen af ​​teknologien blev forudsagt af nobelpristageren Zhores Alferov. Resultaterne er blevet offentliggjort i tidsskriftet Solenergimaterialer og solceller .

I dag, med den hurtige udtømning af kulbrintebrændstofreserver og en voksende bekymring for miljøspørgsmål, forskere er mere og mere opmærksomme på udviklingen af ​​de såkaldte "grønne teknologier." Et af de mest populære emner på området er udviklingen af ​​solenergiteknologier.

Imidlertid, bredere brug af solpanelerne hindres af en række faktorer. Konventionelle siliciumsolceller har en relativt lav effektivitet - mindre end 20%. Mere effektive teknologier kræver meget mere komplekse halvlederteknologier, hvilket øger prisen på solcellerne markant.

St. Petersborgs videnskabsmænd har foreslået en løsning på dette problem. Forskerne fra ITMO University, St. Petersburg Academic University og Ioffe Institute viste, at A3B5-strukturer kunne dyrkes på et billigt siliciumsubstrat, giver et fald i prisen på multi-junction solceller.

"Vores arbejde fokuserer på udvikling af effektive solceller baseret på A3B5 materialer integreret på silicium-substrat, " kommenterer Ivan Mukhin, en ITMO University forsker, leder af et laboratorium på Akademisk Universitet og medforfatter til undersøgelsen.

"Den største vanskelighed ved den epitaksiale syntese på silicium-substrat er, at den aflejrede halvleder skal have samme krystalgitterparameter som silicium. Groft sagt, atomerne i dette materiale skal være i samme afstand fra hinanden som siliciumatomerne. Desværre, der er få halvledere, der opfylder dette krav - et eksempel er galliumphosphid (GaP). Imidlertid, den er ikke særlig velegnet til fremstilling af solcellerne, da den har dårlige sollysabsorberende egenskaber. Men hvis vi tager GaP og tilføjer nitrogen (N), vi får en løsning af GaPN. Selv ved lave N-koncentrationer, dette materiale demonstrerer den direkte båndegenskab og er fantastisk til at absorbere lys, samt at have mulighed for at blive integreret på et siliciumsubstrat. På samme tid, silicium tjener ikke kun som byggemateriale til de solcelle-lag – det kan selv fungere som et af de fotoaktive lag i en solcelle, absorberer lys i det infrarøde område. Zhores Alferov var en af ​​de første, der gav udtryk for ideen om at kombinere ASB5-strukturer og silicium."

Arbejder på laboratoriet, forskerne var i stand til at få det øverste lag af solcellen, integreret på et siliciumsubstrat. Med en forøgelse af de fotoaktive lag vokser solcellens effektivitet, da hvert lag absorberer sin del af solspektret.

Fra nu af, forskerne har udviklet den første lille prototype af en solcelle baseret på A3B5 på silicium-substrat. Nu arbejder de på udviklingen af ​​solcellen, der skulle bestå af flere fotoaktive lag. Sådanne solceller vil være væsentligt mere effektive til at absorbere sollys og generere elektricitet.

"Vi har lært at dyrke det øverste lag. Dette materialesystem kan potentielt også bruges til mellemlag. Tilføjer man arsen, du får en kvartær GaPNA-legering, og fra den kan flere kryds, der opererer i forskellige dele af solspektret, dyrkes på et siliciumsubstrat. Som vist i vores tidligere arbejde, den potentielle effektivitet af sådanne solceller kan overstige 40 % under lyskoncentration, hvilket er 1,5 gange højere end moderne Si-teknologier, " slutter Ivan Mukhin.