Исследователям Мичиганского университета удалось решить многолетнюю проблему солнечной энергетики — поглощение фотонов, близких к инфракрасному (ИК) диапазону.
Это открытие сможет увеличить продуктивность устройства концентраторной фотоэлектроники и позволит создать малогабаритные и высокоэффективные солнечные батареи, работающие с концентрированным солнечным излучением.
Сегодня фотоэлементы для солнечных панелей, как правило, состоят из нанесенных друг на друга методом молекулярно-лучевой эпитаксии трех слоев полупроводников, которые поглощают излучение в различных участках солнечного спектра.
Свет, пропускаемый первым слоем, поглощается вторым или третьим, однако фотоны (ИК) диапазона проходят такой элемент насквозь, не внося никакого вклада в генерируемое электричество.
Материаловеды Мичиганского университета придумали сплав с недостающим «четвёртым» слоем. Он структурно совместим с полупроводниками на базе арсенида галлия, широко применяемыми в концентраторной фотоэлектронике, к тому же он дешевле на 25%, чем самые экономичные предыдущие варианты.
Авторам удалось создать более эффективное соединение слегка модифицированного мышьяка с висмутом, путем комбинирования методов рентгеновской дифракции и ионно-лучевого анализа с компьютерным моделированием. Изменение количества азота и висмута в исходной смеси позволило исключить один этап из процесса синтеза, а оптимальный температурный режим обеспечил равномерное смешивание компонентов и надежную связь с подложкой.
Кстати, ранее этот же коллектив разработал упрощенный процесс легирования полупроводников, который позволяет отказаться от добавления токсичного и дорогостоящего бериллия и снизить себестоимость изготовления концентраторных фотоэлементов для солнечных панелей на 30%.