Учеными из Института физики полупроводников имени Ржанова и компании «Экран ФЭП» созданы вакуумные фотодиоды, которые позволят повысить эффективность солнечных батарей на Земле и в космосе.
Новый тип вакуумных фотодиодов демонстрирует высокую эффективность и может найти широкое применение в солнечной энергетике, особенно — на борту космических аппаратов.
Фотодиоды преобразуют энергию излучения в электричество: падающие на полупроводниковые материалы фотоны выбивают из них электроны, которые движутся в определенном направлении.
В вакуумных фотодиодах, созданных научным сотрудником ИФП Олегом Терещенко и его коллегами, полупроводниковые электроды разнесены друг от друга и разделены вакуумом, что позволяет упростить структуру устройства, поскольку структура и состав электродов могут выбираться без учета того, как они будут сочетаться в месте соединения.
Для упрощения выхода электронов в вакуум катод, сделанный из арсенида галлия, покрывается одноатомным слоем кислорода и цезия. В результате работа выхода электрона снижается примерно до 1 эВ — в несколько раз меньше, чем у альтернативных вариантов. Большая легкость выхода носителей заряда ведет и к большей эффективности всей системы, работу которой ученые продемонстрировали в эксперименте.
Электроды освещали волнами длиной от 350 до 900 нм — солнечный спектр этого диапазона позволяет собрать максимум энергии у поверхности Земли. При этом вакуумный фотодиод генерировал электричество даже без приложения дополнительного напряжения, которое часто требуется для облегчения выхода электронов из катода. По оценке разработчиков, КПД устройства может достигать 50 процентов и выше, что в перспективе позволит вакуумным фотоэлементам конкурировать с лучшими на сегодняшний день многокаскадными.
О разработке ученые рассказывают в статье, опубликованной журналом Scientific Reports.
Ранее ученые из Университета ИТМО показали, что внесение в токосъемные электроды для солнечных батарей из аморфного кремния микрочастиц стекла может выполнять сразу несколько функций, заметно поднимая эффективность их работы.