Кремниевые солнечные батареи и многие их аналоги из других полупроводниковых материалов обладают достаточно низкой эффективностью – они преобразуют лишь небольшую долю энергии Солнца, около 7-15%, в электрический ток. Это, вкупе с высокой себестоимостью подобных генераторов электричества, является сегодня одной из главных проблем для их распространения в быту и промышленности.
В последние годы физики прикладывают огромные усилия для ликвидации этой проблем, создавая более эффективные полупроводниковые материалы, такие как перовскит, и различные покрытия, помогающие фотоэлементам поглощать примерно треть или почти половину энергии лучей Солнца. К примеру, год назад ученые смогли повысить КПД солнечных батарей почти в два раза, «скопировав» наночастицы, которыми покрыты крылья бабочек.
Группа российских и зарубежных физиков под руководством Омельяновича нашла еще один способ увеличения мощности и повышения эффективности работы солнечных батарей, изучая то, как ведут себя солнечные батареи из аморфного кремния, некристаллической разновидности этого полупроводника, покрытые разными наночастицами и микроструктурами.
В отличие от солнечных батарей из кристаллического кремния или перовскитов, фотоэлементы на базе аморфного кремния обладают достаточно низким КПД — не более 7%, но при этом их можно наносить тонким и фактически прозрачным слоем на любую поверхность, в том числе и стекла. По этой причине он достаточно долгое время считался главным кандидатом на роль основы большинства «бытовых» солнечных панелей, однако в последние годы его начали вытеснять более эффективные, хотя и более опасные для здоровья и экологии панели из полупроводниковых соединений металлов, селена и теллура.
После нескольких неудач ученые решили поменять структуру верхнего электрода фотоэлемента, погрузив в него множество микроскопических стеклянных сфер, которые, как рассчитывали ученые, должны были «захватывать» свет и удерживать его внутри батареи на протяжении достаточно долгого времени.
Первые скромные успехи обнадежили физиков, и через некоторое время они подобрали оптимальную форму нанонастиц – каплевидная линза, и размер – чуть меньше микрона. Нанося подобные структуры на электрод из алюминия и оксида цинка при помощи специальной остановки, способной контролировать толщину слоя на атомном уровне, Омельянович и его коллеги смогли повысить КПД солнечных батарей на 20%.
Как отмечает ученый, такой электрод со стеклянными вкраплениями можно использовать создания для тонких солнечных батарей не только на основе аморфного кремния, но и любых других материалов. Подобная «поатомная» печать, по словам физиков, уже используется во многих отраслях промышленности и ее внедрение не потребует больших затрат времени и средств, что, как они надеются, поможет ускорить внедрение их открытия в практику.