Новая технология "нано-бутерброд" позволит создавать более тонкие солнечные элементы

Исследователи из Государственного университета Северной Каролины разработали новый дизайн тонкопленочных солнечных элементов – более тонких, но имеющих такой же коэффициент эффективности, что и их аналоги, существующие сегодня на рынке. Обновленный технологический процесс изготовления тонкопленочных элементов позволит существенно снизить производственные затраты.

По словам д-ра Линиоу Као, доцента кафедры материаловедения и инженерии университета и соавтор документа с описанием новой технологии, ученым удалось создать солнечные элементы, используя дизайн «нано-бутерброда» – с активным «ультратонким слоем» внутри, который поглощает солнечную энергию и преобразует ее в электричество или химическое топливо. В данном случае в качестве активного вещества в слое выступает аморфный кремний, который имеет толщину всего в 70 нанометров (нм). Это можно считать значительным улучшением, поскольку типичные тонкопленочные солнечные элементы, существующие сегодня на рынке, используют аморфный кремний толщиной от 300 до 500 нанометров.

Стоит отметить, что новый способ «нано-бутерброда» может существенно изменить технологические процессы производства солнечных батарей, поскольку он может быть применен и к другим материалам, таких как теллурид кадмия, соленид меди-индия-галлия и органические материалы, которые также используются в изготовлении фотоэлементов.

Создание солнечного элемента по технологи «нано-бутерброда» состоит из нескольких этапов. На первом этапе на подложку наносится слой прозрачного диэлектрического материала толщиной 200 – 300 нм с использованием стандартных методов литографии. Затем на слой диэлектрика накладывается очень тонкий слой активного вещества (аморфный кремний), который закрывается сверху более толстым слоем диэлектрика. Благодаря использованию более толстых диэлектрических наноструктур, вокруг тонкого активного слоя формируется поверхность с равномерно распределенными по ней выпуклостями. Эти «выпуклости» из диэлектрика выступают в качестве эффективных оптических антенн, которые обеспечивают фокусировку солнечной энергии в активном веществе и, как следствие, высокую степень производительности фотоэлемента в целом. Как отмечают исследователи, при использовании более тонкого слоя активного вещества производительность солнечного элемента не снижается.