Солнечная батарея из жидкого кремния

Исследователи из Юлиха в сотрудничестве с Evonik разработали солнечный элемент, состоящий из очень тонкой пленки жидкого соединения кремния.

Юлих – С эффективностью 3,5 процента, солнечная батарея в семь раз эффективнее, чем существующие батареи этого типа.

Стоимость обработки кремния

Кремний является наиболее широко используемым и известным полупроводником в мире, однако, обработка кремния связана с высокими затратами и высокой стоимостью. Это именно этот вопрос по жидкому соединению кремния совместно разрабатывали эксперты фотоэлектрики Юлиха из Института энергетики и климатических и стратегических исследований (CREAVIS) и компания по производству специализированных химикатов Evonik: “Эта разработка позволяет экономически выгодно провести жидкостную обработку и получить известный полупроводниковый кремний,” – говорит ученый доктор Торстен Юлих Бронгер, ведущий автор исследования. Он и его коллеги использовали свой опыт в разработке и оптимизации солнечных батарей, в то время как Evonik привнес свой ​​опыт в инновационных химических материалов.

Возможность увеличения эффективности

В процессе используется не обычные твердые кремниевые блоки, распиленные на тонкие ломтики – вместо них ученые используют кремний в жидком химическом соединении и наносят его на стекло слоями-пленками толщиной в сотую долю нанометра. Затем они преобразуют эти пленки в твердый слой, имеющий полупроводниковые свойства. После замыкания контакта можно использовать результат в качестве солнечного элемента. Тем не менее, этот процесс еще не достиг той эффективности, которую имеют традиционные решения: их эффективность в настоящее время в зависимости от типа солнечного элемента 10 до около 20 процентов. “Для приложений, где не требуется высокая эффективность, это может стать экономически эффективной альтернативой”, сказал Бронгер.

Четыре года научно-исследовательской работы

Возможными областями применения наряду с солнечными батареями могут быть дисплеи, радиочастотная идентификация (RFID), биологические датчики и медицинские приборы. Изготовление полупроводниковых пленок из жидкостей нет представляет собой ничего нового. При производстве органических солнечных элементов, состоящих из углеводородных соединений, это давно принято, в отличие от кремниевых солнечных элементов . ” Когда мы начинали в 2009 году, такой подход казался трудным. Тогда в мире было только несколько рабочих групп, которые пытались работать над этим материалом,” вспоминает Бронгер. Во-первых, для ученых было проблематично создать равномерную пленку из жидкого кремния. Получалось так, что пленка рвалась или образовались отверстия. “Это так похоже на размазывание меда с ложкой. Благодаря поверхностному натяжению образовывались небольшие дыры,” говорит физик. Однако дыры в кремниевой пленке разрушали солнечную батарею, так как вызвали короткое замыкание. Примерно через два года исследований, исследователи разработали первый рабочий солнечный элемент. Два года спустя значительно улучшившееся качество материалов позволило достигнуть рекордной эффективности в 3,5 процента.

Долгая дорога к промышленной эксплуатации

“Мы смогли превысить существующие результаты других исследовательских групп в семь раз. Это показывает, что кремний жидкой обработки имеет гораздо более высокий потенциал, чем считалось ранее”, сказал Бронгер об исследованиях, результаты которых также опубликованы в журнале “Advanced Energy Materials “. По его оценкам, эффективность должна быть увеличена по крайней мере еще ​​на 2,5 процентных пункта, чтобы промышленное использование было выгодным. С этой целью, необходимы дальнейшие исследования.