En grupp forskare i S:t Petersburg har föreslagit och experimentellt testat en teknik för tillverkning av högeffektiva solceller baserade på A3B5-halvledare integrerade på ett kiselsubstrat, vilket i framtiden kan komma att öka effektiviteten hos de befintliga solcellerna med en kopplingspunkt med 1,5 gånger. Utvecklingen av tekniken förutspåddes av Nobelpristagaren Zhores Alferov. Resultaten har publicerats i tidskriften Solenergimaterial och solceller .

I dag, med den snabba uttömningen av kolvätebränslereserver och en växande oro för miljöfrågor, forskare ägnar mer och mer uppmärksamhet åt utvecklingen av den så kallade "gröna tekniken". Ett av de mest populära ämnena inom området är utvecklingen av solenergiteknik.

Dock, en bredare användning av solpanelerna hindras av ett antal faktorer. Konventionella kiselsolceller har en relativt låg verkningsgrad – mindre än 20 %. Effektivare teknik kräver mycket mer komplex halvledarteknik, vilket avsevärt höjer priset på solcellerna.

S:t Petersburg-forskarna har föreslagit en lösning på detta problem. Forskarna från ITMO University, St. Petersburg Academic University och Ioffe Institute visade att A3B5-strukturer kunde odlas på ett billigt kiselsubstrat, ger lägre pris på solceller med flera korsningar.

"Vårt arbete fokuserar på utvecklingen av effektiva solceller baserade på A3B5-material integrerade på kiselsubstrat, " kommenterar Ivan Mukhin, en ITMO University forskare, chef för ett laboratorium vid Akademiska universitetet och medförfattare till studien.

"Den största svårigheten i epitaxialsyntesen på kiselsubstrat är att den avsatta halvledaren måste ha samma kristallgitterparameter som kisel. Grovt sett, atomerna i detta material bör vara på samma avstånd från varandra som kiselatomerna. Tyvärr, det finns få halvledare som uppfyller detta krav – ett exempel är galliumfosfid (GaP). Dock, det är inte särskilt lämpligt för tillverkning av solceller eftersom det har dåliga egenskaper som absorberar solljus. Men om vi tar GaP och tillsätter kväve (N), vi får en lösning av GaPN. Även vid låga kvävekoncentrationer, detta material visar direktbandsegenskapen och är bra på att absorbera ljus, samt ha förmågan att integreras på ett silikonsubstrat. På samma gång, kisel fungerar inte bara som byggnadsmaterial för solcellsskikten – det kan självt fungera som ett av de fotoaktiva skikten i en solcell, absorberar ljus i det infraröda området. Zhores Alferov var en av de första som uttryckte idén om att kombinera ASB5-strukturer och kisel."

Jobbar på laboratoriet, forskarna kunde få fram det översta lagret av solcellen, integrerad på ett silikonsubstrat. Med en ökning av de fotoaktiva lagren ökar effektiviteten hos solcellen, eftersom varje lager absorberar sin del av solspektrumet.

Från och med nu, forskarna har utvecklat den första lilla prototypen av en solcell baserad på A3B5 på kiselsubstrat. Nu arbetar man med utvecklingen av solcellen som skulle bestå av flera fotoaktiva lager. Sådana solceller kommer att vara betydligt effektivare när det gäller att absorbera solljus och generera elektricitet.

"Vi har lärt oss att odla det översta lagret. Detta materialsystem kan potentiellt även användas för mellanlager. Om du lägger till arsenik, du får kvartär GaPNA-legering, och från den kan flera korsningar som verkar i olika delar av solspektrumet odlas på ett kiselsubstrat. Som visats i vårt tidigare arbete, den potentiella effektiviteten för sådana solceller kan överstiga 40 % under ljuskoncentration, vilket är 1,5 gånger högre än för modern Si-teknik, avslutar Ivan Mukhin.