Кремний в солнечных панелях заменит дешевый теллурид кадмия. Новый рекорд эффективности

Ряды синих солнечных панелей, которыми пестреют поля и крыши, обычно сделаны из кристаллического кремния – этот проверенный годами полупроводник сегодня находится практически в каждом электронном девайсе.За последние 10 лет ученые Университета Штата Колорадо (CSU) провели ряд новаторских исследований по улучшению производительности и уменьшению стоимости солнечной энергии, изготовив и протестировав новые решения, которые улучшают свойства кремния.

Теперь они сконцентрировались на материале, который может заменить кремний: он называется теллурид кадмия.Команда CSU заявила о кардинальном прорыве в области тонкопленочных солнечных батарей из теллурида кадмия, но их улучшение продвинулось еще дальше благодаря другому материалу – селену. Результат исследований был опубликованы в журнале Nature Energy.«Наша работа полностью раскрывает понимание того, что произойдет, если мы добавим к теллуриду кадмия селен». — рассказывает один из соавторов исследования Курт Барт, который является директором Next Generation Photovoltaics Center.

 

До сих пор было не совсем ясно, почему использование селена рекордно повышает эффективность батарей на основе теллурида кадмия до уровня в чуть более 22%. Международная группа ученых под руководством Курта Барта раскрыла этот секрет. Ее эксперименты показали, что селен способен преодолеть последствия дефектов на уровне атомов в кристаллах теллурида кадмия, проложив дорогу для более массовых и доступных солнечных технологий.Для тонкоплёночных фотоэлектрических панелей из теллурида кадмия используется в сто раз меньше материала, чем для обычных на основе кремния.

Они более просты в изготовлении, а солнечный свет поглощают на волнах практически идеальной длины. Электричество, которое получается с их помощью – самое дешевое во всей солнечной индустрии, а зачастую и доступнее других источников на основе ископаемого топлива.Как сообщается в научной статье, электроны, генерируемые при попадании на фотоэлементы с селеном, имеют гораздо меньше шансов на потерю из-за дефектов материалов, которые обычно образуются между гранями кристаллов по мере их роста. Таким образом каждый отдельный элемент производит намного больше энергии. Передовые методы помогли инженерам CSU проследить это неожиданное явление с помощью измерения количества света, отражаемого селено-содержащими батареями.

Ученые распределили селен по солнечной панели неравномерно и сравнили люминесценцию, выделяемую областями, которые почти не содержат селена и теми областями, где он был сконцентрирован.«Хорошие материалы для фотоэлементов, которые почти не содержат дефектов, излучают свет очень ярко и эффективно, — говорит автор статьи Том Фидучия, студент Университета Лофборо. — Очевидно, что области, богатые селеном, светятся гораздо ярче, чем чистый теллурид кадмия, а эффект от него поразительно силен».