 Международная исследовательская группа упростила шаги создания высокоэффективных кремниевых солнечных элементов с применением новой смеси материалов в стандартном исполнении. Массивы фотоэлементов используются в солнечных панелях для преобразования солнечного света в электричество.
Особое сочетание материалов, которые также может оказаться полезным в полупроводниковых компонентах, устраняет необходимость в процессе, известном как допинг, который изменяет свойства устройства путем введения инородных атомов в его электрические контакты. Подобный процесс добавляет сложность к устройству и может ухудшить его производительность.
Архитектура солнечного элемента, сделанного исследователями, является очень простой. Эта простота может перевестись ко снижению стоимости. Обычные кремниевые солнечные элементы используют процесс, называемый допинг примесями, который приносит ряд ограничений, делающих дальнейший прогресс все более трудным.
Большинство современных солнечных батарей используют кристаллические кремниевые пластины. Сама пластина, а иногда слои, нанесенные на пластины, имеет примесь атомов, которые либо передают электроны, когда они связываются с атомами кремния, либо генерируют электронные недостатки, или «дырки». В обоих случаях подобное легирование повышает электрическую проводимость.
В этих устройствах, два типа атомов легирующей примеси необходимы на электрических контактах солнечного элемента для регулирования того, как электроны и дырки путешествуют в солнечном элементе таким образом, что солнечный свет эффективно преобразуется в электрический ток, который течет из камеры.
Солнечные батареи на кристаллическом кремнии с легированными контактами могут превышать 20 процентов эффективности. Присадка без кремния ранее не превышала 14 процентов эффективности.
Новое исследование, однако, показало элементы без легирования, со средней эффективностью около 19 процентов. Это повышение эффективности является продуктом новых материалов и простого процесса покрытия для слоев на верхней и нижней части устройства. Исследователи показали возможность создания собственного солнечного элемента всего за семь шагов.
В данном исследовании ученые использовали кристаллическое ядро кремния (или пластину) и применили слои примеси свободного типа кремния, известного как аморфный кремний.
Затем они применили сверхтонкие покрытия из материала, называемого оксидом молибдена, на обращенного к солнцу стороне солнечного элемента и фторида лития на нижней поверхности. Два слоя, имеющие толщину в десятки нанометров, выступают в качестве легирующей примеси без контактов для электронов и дырок, соответственно.
Оба материала являются прозрачными, и у них есть дополнительные электронные структуры, которые хорошо подходят для солнечных батарей.
Исследователи обнаружили полезность молибдена оксида в качестве эффективного контакта с отверстиями для кристаллических кремниевых солнечных элементов пару лет назад. Он имеет много недостатков, и эти дефекты имеют решающее значение и важны для возникающих свойств.
В своем исследовании команда определила фторид лития в качестве хорошего кандидата для электронных контактов кристаллического кремния, покрытого тонким аморфным слоем. Этот слой дополняет слой оксида молибдена для дырочных контактов.
Команда использовала технику при комнатной температуре, известную как термическое испарение, для внесения слоев фторида лития и молибдена оксида для новой солнечной ячейки. Есть еще много других материалов, которые исследовательские команды надеются проверить, чтобы увидеть, могут ли улучшить эффективность ячейки.
|
