Команда исследователей из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне заявила, что наслоение особых материалов поверх ячеек стандартных солнечных батарей позволит создать фотоэлементы в 1,5 раза эффективнее существующих.
Результаты исследования, проведенного под руководством профессора электротехники и компьютерной инженерии Минджу Ларри Ли, опубликованы в журнале Cell Reports Physical Sciences.
«Кремниевые солнечные панели широко распространены, потому что они доступны и могут преобразовывать чуть более 20% солнечного света в электроэнергию», — сказал Ли, — «Однако, как и компьютерные микросхемы на основе кремния, кремниевые солнечные элементы в настоящее время достигают предела своих возможностей, поэтому поиск способов увеличения их эффективности привлекателен и для поставщиков, и для потребителей электроэнергии».
В ходе исследования команда Минджу Ларри Ли наносила на кремниевые фотоэлементы слой арсенида-фосфида галлия (GaAsP). Оба эти материала хорошо поглощают солнечный свет и отлично дополняют друг друга. При этом элемент из арсенида-фосфида галлия во время работы выделяет мало тепла. А кремниевые фотоячейки эффективнее преобразовывают свет инфракрасной области спектра.
«Эти фотопанели похожи на спортивную команду, в которой один — быстрый, другой — сильный, а третий — отличный защитник. Аналогичным образом двухслойные солнечные элементы работают как команда, в них лучшие свойства отдельных материалов используются для создания единого более эффективного устройства», — объясняет Ли.
Арсенид-фосфид галлия и аналогичные ему полупроводники эффективны и стабильны. Но их высокая цена делает нецелесообразным изготовление солнечных панелей исключительно из этих материалов. Поэтому команда Ли использует в качестве основы для своих разработок стандартные кремниевые фотопанели.
Одним из серьезных затруднений, с которым столкнулись исследователи, стало образование мельчайших дефектов в слоях арсенида-фосфида галлия, особенно на границе с кремнием, при формировании дополнительного слоя. Такие нарушения в структуре материала снижают производительность и надежность фотопанелей. Добиться значительных успехов в решении этой проблемы позволила новая технология формирования ячеек арсенида-фосфида галлия, разработанная ведущим автором исследования Шичжао Фань.
По заявлению Минджу Ларри Ли, использование многослойных солнечных батарей вместо стандартных кремниевых позволит получать в 1,5 раза больше энергии при той же площади. Автор исследования признает, что препятствия к превращению разработки в коммерческий продукт еще остаются, но Ли надеется, что поставщики и потребители энергии по достоинству оценят повышение эффективности солнечных панелей путем добавления инновационных материалов к стандартным.