Созданы самоочищающиеся солнечные элементы с высоким коэффициентом поглощения излучения. Физика.
| Вверху: изображения кварцевой подложки (слева) и поверхности готового элемента; масштабная полоска — 500 нм. Внизу: поперечный разрез структуры. (Иллюстрация из журнала Nano Letters.) |
Традиционные солнечные элементы, изготовленные на основе , преобразуют излучение в диапазоне длин волн 400–800 нм. К сожалению, значительная часть падающего излучения (около 35%) отражается, что, естественно, снижает эффективность элемента.
Авторы постарались увеличить коэффициент поглощения, создав многослойную структуру на подложке из кварца с конусообразными выступами высотой 150 нм, расположенными на расстоянии 450 нм друг от друга. Кварц покрывался отражающим слоем серебра толщиной 100 нм, который возвращает фотоны в активный полупроводниковый слой гидрированного аморфного кремния (a-Si:H) толщиной 280 нм. Полупроводник был заключен между двумя прозрачными электродами.
Образующиеся на поверхности готового элемента «купола» действовали, по словам авторов, как волноводы, направляя свет к активному слою. Эксперименты показали, что такая конструкция позволяет снизить долю отраженного излучения до 6%, а КПД структуры достигает 5,9% (обычные тонкопленочные аморфные солнечные элементы имеют КПД около 5%).
Бугорки на поверхности элемента напоминают микроскопические выступы на листе лотоса, благодаря которым он приобретает свои выдающиеся водоотталкивающие свойства. Если при создании «куполов» использовать молекулы гидрофобного вещества, элементы становятся самоочищающимися: капли воды, скатываясь по их поверхности, уносят с собой частицы пыли, блокирующие прохождение света.
Эту технологию можно применять и при конструировании элементов на базе широко распространенного поликристаллического кремния, который демонстрирует бóльшую эффективность преобразования, чем аморфный.
Вольт-амперная характеристика созданного элемента (слева) в сравнении с такой же структурой, размещенной на плоской кварцевой подложке (иллюстрация из журнала Nano Letters).
отчета ученых опубликует журнал Nano Letters.
science.compulenta.ru