×
Новый рекорд эффективности солнечных элементов c черным кремнием

Ученые из университета Аалто в Финляндии повысили эффективность солнечных панелей, добавив в их структуру черный кремень. Новый абсорбент повысил градус сбора света и тем самым поднял КПД на четыре процента, что существенно для солнечных панелей.



Черный кремний может быть изготовлен путем простого добавления плотной сети  наноразмерных игл на верхнюю часть стандартного кремния. Изменение материала, таким образом, делает его менее светоотражающим, что позволяет солнечным батареям ловить больше света под теми углами, которые ранее были недоступны. Также солнечные панели дольше работают на закате и раньше начинают ловить солнце на восходе. Новые углы позволяют повышать эффективность солнечных батарей в течение дня в странах, которые находятся в северных широтах, где угол падения солнечных лучей более острый.



Помимо этого, черный кремний при изготовлении обходится гораздо дешевле, чем другие светопоглощающие покрытия, с помощью которых также повышается КПД солнечных элементов.



Причина, почему черный кремний еще не используется при производстве солнечных панелей, кроется в следующем. Когда фотон попадает в атом кремния внутри солнечной ячейки, избыточная энергия освобождает электрон, который в дальнейшем используется для выработки электроэнергии. Иногда, однако, электрон просто рекомбинирует с атомом кремния, пытаясь эффективно тратить энергию, предоставленную фотоном. Рекомбинация пропорциональна площади поверхности кремния и иглам на его поверхности. Область темного кремния повышает КПД поверхности, но при этом почти половина из освобожденных электронов теряется.



Теперь, однако, команде ученых во главе с доцентом Хеле Савином (Hele Savin) удалось обойти проблему, таким образом, увеличив эффективность клеток с черным кремнием почти на четыре процента. Показатель эффективности достиг 22,1 процента. Для сравнения: стандартные солнечные панели обладают КПД в десять процентов.



Савин и его коллеги положили конец рекомбинации путем применения тонкой алюминиевой пленки, которая действует как химический и электронный щит в верхней части наноструктур. Ее добавляют при покрытии наноигл для дополнительной абсорбции. Показатель рекомбинации понижается как минимум вдвое. По мнению ученых, можно подобрать еще более хороший материал, чтобы довести показатель до 100 процентов.



Краткосрочная цель ученых заключается в применении их технологии для других структур, таких как экраны и фотодетекторы, чтобы свет работал без искажений и с большей пользой.



Результаты исследования представлены на этой неделе в журнале Nature Technology.



Автор: Степан Мазур