Новый метод создания специальных солнечных элементов может значительно повысить их эффективность. Ячейки не только состоят из тонких слоев, они также состоят из специально расположенных наноблоков. Это было показано в новом исследовании международной исследовательской группы под руководством Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU), которое было опубликовано в научном журнале Nano Letters .
Трехмерные структуры в виде наноблоков повышают эффективность солнечных элементов
Новый метод создания специальных солнечных элементов может значительно повысить их эффективность. Ячейки не только состоят из тонких слоев, они также состоят из специально расположенных наноблоков. Это было показано в новом исследовании международной исследовательской группы под руководством Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU), которое было опубликовано в научном журнале Nano Letters .
Коммерчески доступные солнечные элементы в основном сделаны из кремния. «Основываясь на свойствах кремния, невозможно сказать, что их эффективность может быть увеличена до бесконечности», - говорит д-р Акаш Бхатнагар, физик из Центра инновационной компетенции (ZIK) «SiLi-nano» при MLU. Поэтому его исследовательская группа изучает так называемый аномальный фотоэлектрический эффект, который возникает в определенных материалах. Аномальный фотоэлектрический эффект не требует pn-перехода, который в противном случае обеспечивает протекание тока в кремниевых солнечных элементах. Направление тока определяется на атомном уровне.асимметричной кристаллической структурой соответствующих материалов. Эти материалы обычно представляют собой оксиды, которые обладают рядом важных преимуществ: их легче производить и они значительно более долговечны. Однако они часто не поглощают много солнечного света и имеют очень высокое электрическое сопротивление. «Чтобы использовать эти материалы и их эффект, необходима творческая архитектура ячеек, которая усиливает преимущества и компенсирует недостатки», - объясняет Лутц Мюленбейн, ведущий автор исследования.
В своем новом исследовании физики представили новую архитектуру клетки, так называемый нанокомпозит. Их поддержали команды из Bergakademie Freiberg, Института модификации поверхности Лейбница в Лейпциге и Индийского университета Банараса в Индии. В своем эксперименте исследователи уложили отдельные слои типичного материала толщиной всего несколько нанометров друг на друга и компенсировали их полосами оксида никеля, идущими перпендикулярно. «Полоски действуют как быстрый путь для электронов, которые образуются при преобразовании солнечного света в электричество и предназначены для достижения электрода в солнечном элементе», - объясняет Бхатнагар. Это как раз тот транспорт, которому в противном случае препятствовали бы электроны, проходящие через каждый отдельный горизонтальный слой.
Новая архитектура фактически увеличила электрическую мощность ячейки в пять раз. Еще одно преимущество нового метода в том, что его очень легко реализовать. «Материал сам по себе образует эту желаемую структуру. Никаких экстремальных внешних условий не требуется, чтобы привести его в такое состояние», - говорит Мюленбейн. Идея, для которой исследователи представили предварительное технико-экономическое обоснование, также может быть применена к другим материалам, помимо оксида никеля. В последующих исследованиях теперь необходимо изучить, можно ли и как такие солнечные элементы производить в промышленных масштабах.