Исследователи из университета Аальто (University of Aalto) установили новый рекорд по эффективности преобразования солнечного света в электрическую энергию для кремниевых солнечных батарей. Ключом к этому достижению, которое на целых четыре процента превысило предыдущий рекордный показатель, стал так называемый черный кремний, а солнечные батареи на основе такого кремния способны эффективно собирать свет, падающий на их поверхность под большими углами.
Черный кремний получается из обычного кремния, на поверхности которого выращивается плотный “лес” из наноразмерных кремниевых иголок. Такое преобразование поверхности делает материал менее светоотражающим за счет образования оптических ловушек, улавливающих фотоны света, падающие под большим углом к плоскости поверхности. Такой тип солнечных батарей является идеальным решение для получения энергии в районах, располагающихся на больших высотах, кроме этого, такие солнечные батареи будут более дешевы по сравнению с обычными, поскольку они не нуждаются в нанесении специального антибликового покрытия.
Главная проблема, которая пока препятствует распространению солнечных батарей из черного кремния, является так называемой рекомбинацией носителей электрического заряда. Когда фотон света сталкивается с атомом кремния, энергия фотона высвобождает электрон, из которых, как известно, образуется электрический ток. Достаточно часто этот электрон снова объединяется с пустующим местом, электронной дыркой, а энергия фотона света тратится впустую, превращаясь в никому не нужное тепло. Количество таких рекомбинаций прямо пропорционально площади кремния, а в черном кремнии, обладающем большой площадью, количество теряемой энергии составляет приблизительно половину.
Увеличение показателя эффективности до 22.1% стало возможным благодаря использованию тонкой алюминиевой пленки, покрывающей поверхность наноразмерных структур, которая выступила в качестве химической и электронной защиты, препятствуя рекомбинации носителей электрического заряда. Кроме этого, в новой солнечной батарее использовались дополнительные металлические проводники, которые улучшили отвод свободных электронов, т. е. вырабатываемой батареей энергии на ее обратную сторону.
Использованные исследователями два метода позволили сохранить от рекомбинации всего 4% от вырабатываемой энергии. Тем не менее, потенциал данной технологии еще далеко не исчерпан. В ближайшем будущем ученые изготовят солнечные батареи на основе черного кремния n-типа, а не p-типа, в которых будут использованы еще кое-какие новые решения и материалы, что позволит увеличить их эффективность еще на некоторую величину. (RusCable/ Машиностроение Украины и мира)