Международный коллектив ученых, в состав которого вошел сотрудник Института теплофизики имени С.С. Кутателадзе СО РАН, разработал высокоэффективный кремниевый солнечный элемент, коэффициент полезного действия которого приближается к рекордным значениям. Разработка может использоваться в сфере возобновляемой энергетики. Статья опубликована в журнале Nature Energy.
Солнечные элементы (СЭ) обеспечивают прямую конвертацию солнечного излучения в электричество, минуя стадии тепловой и механической форм энергии. В основе работы СЭ лежит внутренний фотоэлектрический эффект в полупроводниковой структуре с p-n-переходом — это область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости: дырочной (p) и электронной (n). Поглощение излучения приводит к возникновению фотоэлектродвижущей силы, а если p-n-переход соединен с внешней цепью, то в ней протекает электрический ток.
Около 95% СЭ изготавливают из кристаллического кремния, они эффективны и стабильны. Кроме того, кремний экологически безвредный и дешевый. Основная задача ученых — увеличение коэффициента полезного действия (КПД) устройств. Однако эффективность СЭ на основе кремния ограничена процессами рекомбинации носителей заряда. Каждый акт рекомбинации приводит к исчезновению электронно-дырочной пары, что негативно сказывается на эффективности СЭ. Чтобы уменьшить вероятность рекомбинации, пластины кремния покрывают пленками различных материалов. Такая технология называется пассивацией.
«На сегодняшний день варианты пассивирующих контактов, реализуемые при создании солнечных элементов, базируются на применении тонких пленок аморфного и поликристаллического кремния, то есть материалов, обладающих значениями ширины запрещенной зоны, близкими к монокристаллическому кремнию. В нашей работе представлено исследование по разработке и оптимизации качества высокопрозрачного пассивирующего контакта (ВПК), созданного на основе ультратонкого слоя диоксида кремния (SiO2), двухслойного нанокристаллического гидрогенизированного карбида кремния n-типа (nc-SiC:H(n)), а также пленки оксида индия-олова (ITO) и выполняющего роль лицевой стороны СЭ на основе кристаллического кремния. В целом использование ВПК в структуре солнечного элемента — абсолютное ноу-хау», — рассказал порталу «Наука в Сибири» соавтор исследования Александр Замчий.
Тыльная сторона СЭ сформирована на основе тонких слоев классического аморфного кремния, а лицевая — на основе ВПК. КПД солнечного элемента составил 24% (на сегодняшний день мировой рекорд эффективности для СЭ в двухконтактной конфигурации составляет около 26%). Нанесение на структуру ВПК антиотражающего покрытия из фторида магния помогло еще больше повысить КПД солнечного элемента.
Кроме того, ученые исследовали механизм пассивации и принцип работы ВПК, а также проанализировали оптические потери, основываясь на численном моделировании, с указанием путей достижения КПД солнечного элемента на основе ВПК на уровне 26%. Исследователи полагают, что проделанная ими работа заинтересует производителей фотовольтаических устройств.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
