Петербургские ученые повышают эффективность материалов солнечных батарей
Многослойный наноразмерный материал, перспективный в качестве основы для высокоэффективных солнечных элементов, синтезировали физики из санкт-петербургских университетов «ЛЭТИ» и Алферовского университета, 7 августа сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу СПбГЭТУ «ЛЭТИ».
Одним из перспективных видов альтернативной энергетики в настоящее время является солнечная энергетика, иначе — фотовольтаика. В процессе генерации она безопасна для окружающей среды и имеет неисчерпаемый источник энергии, что важно в условиях постоянного роста цен на традиционные энергоносители.
К сожалению, современные устройства фотовольтаики, создаваемые из дешевого и широко распространенного кремния, уже практически выбрали ресурс улучшения своих характеристик по способности преобразовывать энергию.
Этот факт стимулирует ученых исследовать новые типы материалов для солнечной энергетики и разрабатывать методы их получения для применения в промышленном производстве солнечных элементов.
Ведущий научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии Алферовского университета Александр Гудовских рассказал:
«Мы синтезировали микрокристаллические многослойные структуры из фосфида галлия (GaP) на кремниевой подложке, для создания упорядоченной структуры использовался метод атомно-слоевого осаждения. Характеристики полученных композитов дают нам выигрыш в несколько процентов КПД в способности преобразовывать энергию в сравнении с аналогичными материалами — это достаточно весомый результат по меркам фотовольтаики».
Подложкой для нового материала ученые взяли кремний с дырочным типом проводимости (p-тип), что обеспечило синтезированным на его основе композитам большую стойкость к агрессивным средам, в том числе к условиям космоса.
Далее подложка была помещена в камеру, из которой сначала откачали воздух, а затем туда последовательно подавались газовые смеси атомов галлия и фосфора, разогретые до температуры 400 градусов.
Эти элементы поэтапно и упорядоченно осаждались на кремниевую подложку: сначала к каждому атому кремния присоединялся атом галлия. Потом в камеру подавался фосфин, разлагавшийся в плазме тлеющего разряда до фосфора, и встраивался в композит. Формирующиеся слои фосфида галлия толщиной 10–20 нанометров при этом чередовались с очень тонкими в 3–5 нм слоями кремния.
С помощью методов спектроскопии полной проводимости, нестационарной спектроскопии глубоких уровней и вольт фарадного профилирования было проведено изучение основных характеристик полученного многослойного материала. В том числе получены его проводимость, определены дефекты различных слоев и концентрация носителей заряда.
Результаты исследования разработчики представили в статье «Исследование емкости пространственного заряда многослойных структур GaP/Si, выращенных методом плазменного осаждения», опубликованной в Journal of Physics D: Applied Physics.
«Данное исследование является одним из „кирпичиков“ на пути нашего строительства нового более эффективного и прочного класса элементов для солнечной энергетики. Конечно, на основе созданных материалов мы уже получили только первые прототипы солнечных элементов. Однако главная задача — прийти к созданию конкретного прибора, который можно было бы внедрить в промышленное производство солнечных элементов», – пояснил Александр Гудовских.
В настоящее время команда ученых подбирает оптимальные параметры синтеза для улучшения характеристики композитного материала и проводит исследования методов создания контактов для наноразмерного солнечного элемента.
