Многопереходные солнечные элементы можно получить, используя лишь один материал

Многопереходные солнечные элементы можно получить, используя лишь один материал

Специалисты по материаловедению нашли способ создать многопереходные солнечные элементы, которые поглощают лучи разных сегментов солнечного спектра и при этом производятся с использованием лишь одного компонента.

Создавая и обжигая цинко-оловянный фосфид (ZnSnP2) при определенной температуре, ученые смогли внести в его структуру такую беспорядочность, которая позволяет получать различные запрещенные энергетические зоны.

«Существуют различные способы использования свойств этого соединения: во-первых, можно попытаться повысить эффективность солнечных элементов на кремниевой основе – или же создать тонкопленочные фоточувствительные элементы», - утверждает Арон Уолш из университета Бата (Великобритания). – Как правило, для производства тонкопленочных солнечных элементов используют теллурид кадмия или полупроводниковый материал, состоящий из меди, индия, галлия и селена. Цинко-оловянный фосфид может стать более доступной альтернативой этим материалам». 

В многопереходных солнечных элементах используются комбинации экзотических, редких веществ – таких, как германий, галлий и индий – каждое из которых характеризуется конкретной шириной запрещённой энергетической зоны, поглощающей лишь определенную часть солнечного спектра. Поэтому энергетические потери сравнительно малы, а коэффициент преобразования, наоборот, весьма высок.

Однако в связи со своей высокой стоимостью многопереходные солнечные элементы нашли применение преимущественно в космической промышленности. Они используются в виде крошечных чипов в концентрированных фотогальванических приборах для обеспечения энергией спутниковых систем. Именно поэтому в последнее время все более пристальное внимание уделяется более дешевым и доступным материалам.

«Я работаю над комбинациями из цинка и олова последние пять лет. Мне кажется, эти материалы отлично подходят для создания солнечных элементов - особенно в Великобритании, которая обладает значительными природными запасами цинка и олова, до сих пор не использовавшимися в промышленных масштабах», - заявляет Уолш.

Уолш – совместно со своим коллегой из Университетского колледжа Лондона – обнаружил, что создание и обжиг цинко-оловянного фосфида при определенной температуре приводит к изменениям в структуре вещества. А именно, при 990 градусах Кельвина (более 700°С) происходит переход от так называемой халькопиритной структуры в более беспорядочное сфалеритное состояние.

В этом хаотичном состоянии материал обладает запрещенной зоной в  0,75 электрон-вольт, которая может поглощать частицы из низкоэнергетического сегмента солнечного спектра – например,  инфракрасные фотоны – которые не могут быть аккумулированы традиционными солнечными элементами с одним переходом.

Изучая различные уровни беспорядочности в образцах цинко-оловянного фосфида, исследователи обнаружили, что хотя структура и стала более хаотичной, постоянная решетки осталась той же. В итоге, ученые пришли к выводу, что они смогут наложить различные слои друг на друга и создать, таким образом, многопереходное устройство.

В данный момент ученые сконцентрировали свое внимание на создании опытных образцов солнечных элементов. Главная трудность заключается в установлении варьирующих температурных режимов при изменении масштаба. Чтобы достичь этого, по словам Уолша, можно использовать такую приобретающую популярность методику, как атомно-слоевое осаждение.

«По моему мнению, наиболее эффективным станет недорогой солнечный элемент с тройным переходом, - заявляет Уолш. – Если переходов слишком много, свет не может проделать весь путь, и приходится прибегать к концентрации света. Поэтому если вы хотите, чтобы солнечный элемент эффективно работал на улице, даже когда немного облачно, не стоит создавать слишком много слоев».

TheEngineer, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.theengineer.co.uk/sectors/energy-and-environment/news/multi-junction-solar-cells-come-from-just-one-compound/1013023.article
 

 

  • Дата публикации: 04.07.2012
  • 211

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться