Ученые создали "идеальный кристалл", повышающий эффективность солнечных элементов

Галлий уже довольно давно используется в производстве солнечных батарей, но недавно группа исследователей из Государственного университета Аризоны (ASU) и Технологического института Джорджии (Georgia Tech) разработали улучшенный способ для выращивания кристаллов нитрида галлия индия (InGaN), которые имеют потенциал рекордного увеличения эффективности преобразования солнечных фотоэлементов. До настоящего времени ученые смогли создать пленку InGaN, которая, по их словам, обладает «почти идеальными характеристиками».

Нитрид галлия индия относится к соединению азота, в данном случае в сочетании с индием, мягким серебристо-белым металлом, и галлием. Галлий сам по себе является отличным материалом для светодиодов и солнечных батарей, за счет такой же ширины запрещенной зоны, как и у тонкопленочных солнечных элементов на основе полупроводника CIGS (медь-индий-галлий-диселенид).

Кстати, нечто подобное, а именно солнечный элемент с тонким покрытием InGaN и рекордной концентрирующей способностью в 43,5 процента, уже был ранее разработан стартапом Solar Junction и компанией Amonix. Однако, все попытки дальнейшего увеличения производительности не увенчались успехом, из-за нарушений в атомной структуре кристалла InGaN увеличивать толщину слоя на солнечном элементе было бессмысленно. Поэтому особую важность приобрела проблема однородности состава InGaN, которая оказалась трудноразрешимой.

Новый метод, разработанный группой исследователей из ASU и Georgia Tech, называется металлической модулированной эпитаксией. Он представляет собой некоторую модификацию эпитаксиального метода смещения, разработанного в Bell Labs в 1960 году, который заключается в нанесении тонких слоев материала на субстрат, принимающий кристаллическую структуру нижнего слоя.

Используя новый метод, ученые получили пленку, которая является идеальным кристаллом, как по однородности структуры, так и по спектральной световой эффективности. Как показал проведенный анализ, это стало достижимо, благодаря «снижению напряжений в первом атомном слое при выращивании кристалла», говорят исследователи.