Слоистые структуры позволяют создавать солнечные батареи нового поколения

Слоистые структуры позволяют создавать солнечные батареи нового поколения

Ученые предложили новую слоистую конструкцию солнечных батарей из сплава кадмия-теллура-селена с разной концентрацией селена и теллура в слоях. Как они считают, предложенная методика должна помочь оптимизировать эти преобразователи энергии так, чтобы преодолеть существующий на сегодняшний день «барьер» в 7% КПД. Важной особенностью предложенной схемы является низкая стоимость производства.

Хотя концепция многослойных солнечных батарей (производящихся методом напыления в вакуумной камере) была предложена достаточно давно, ученые лишь недавно смогли доказать, что для их производства можно использовать простое осаждение.

Развивая предложенную идею дальше, группа ученых из Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) и University of Melbourne (Австралия) разработала многослойную структуру, состоящую из кадмия, селена и теллура, в которой периодически, слой за слоем, изменяется соотношение селена и теллура в сплавах кадмия-селена-теллура.

Исследователи формировали многослойные структуры путем нанесения на прозрачную проводящую поверхность раствора, содержащего нанокристаллы селена-кадмия и селена-теллура, диаметр которых был порядка 5 нм.

После этого полученная пленка подвергалась химической и термической обработке, что позволяло увеличить диаметр нанокристаллов примерно до 50 – 100 нм. Этот процесс позволял привести оптические и электронные свойства полученной структуры в лучшее соответствие с задачей преобразования солнечной энергии в электрическую.

Описанный процесс повторяется несколько раз для создания последовательности слоев нужной толщины. Создание солнечного элемента завершается нанесением тонкого слоя нанокристаллов оксида цинка, что позволяет создать «правильную» электронную структуру результирующего солнечного элемента.

Металлические электроды, обеспечивающие сбор фотогенерированных электронов и дырок, в такой солнечной батарее формируются из алюминия и закрепляются во время заключительного этапа на задней стенке полученной слоистой структуры.

Ключ к эффективному преобразованию солнечной энергии, по словам ученых, заключается в использовании последовательных слоев кадмия-теллура и кадмия-селена.

Было обнаружено, что такая смесь при нагревании до 350 градусов не остается сочетанием отдельных кристаллов, а превращается в сплав, свойства которого отличаются от «чистого» кадмия-теллура и кадмия-селена. Причем, изменяя соотношение селена и теллура в этих сплавах, ученые могут настраивать свойства материала для поглощения в широком диапазоне длин волн.

В частности, эксперименты показали, что

включение нужных слоев в структуру позволяет расширить спектральную полосу поглощения солнечного элемента на инфракрасную область. Известно, то эта часть спектра чрезвычайно важна для солнечных батарей, т.к. в ней лежит около 40% излучения солнца.

По мнению исследовательской группы, использованный ими метод создания легированных структур с помощью растворов, может быть адаптирован и к другим материалам. Таким образом, он может быть применен к созданию других оптоэлектронных материалов.

В ближайшем будущем команда планирует исследовать свойства полученного ими сплава для повышения эффективности созданных на его основе солнечных батарей.

Подробные результаты работы ученых были опубликованы в журнале ACS Nano.

  • Дата публикации: 25.07.2012
  • 241

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться