Солнечные панели вдруг стали на треть эффективнее: как решили их главную проблему
В технологии тонкопленочных солнечных элементов произошел прорыв. Внедрение нанометрового слоя оксида германия увеличивает производительность устройств почти на 30%.
Открытие принадлежит команде ученых из Национального университета Чоннам в Южной Корее, пишет SciTechDaily. Им удалось переосмыслить одну из самых проблемных зон конструкции перспективных солнечный батарей.
Устранение важного недостатка
По мере роста спроса на чистую энергию ученые все чаще обращают внимание на тонкопленочные солнечные элементы как альтернативу традиционному кремнию. Одним из самых многообещающих материалов считается моносульфид олова (SnS). Он недорогой, нетоксичный и доступный, в отличие от редких индия или галлия. Однако на практике такие панели долгое время не могли достичь теоретически предсказанной эффективности.
Главным препятствием оставался интерфейс заднего контакта, где слой сульфида олова соединяется с металлическим электродом. В этом месте возникали структурные дефекты, нежелательные химические реакции и хаотичное движение атомов. Эти факторы мешали свободному потоку электрических зарядов, существенно ограничивая общую мощность батареи.
Исследователи нашли способ исправить эту многолетнюю проблемы. Они внедрили ультратонкий слой оксида германия (GeOx) толщиной всего 7 нанометров между поглощающим слоем и контактом. Для этого использовался простой метод осаждения, который легко масштабировать для промышленного производства.
Несмотря на микроскопическую толщину, эта прослойка выполняет несколько критически важных функций. Она подавляет глубокие дефекты, блокирует вредную диффузию натрия и предотвращает образование паразитных фаз при высоких температурах. В результате качество поглощающего слоя значительно выросло, зерна материала стали крупнее и однороднее, а электрические потери снизились.
Результаты и перспективы
Применение оксида германия привело к значительному скачку эффективности преобразования энергии: показатель вырос с 3,71% в стандартных устройствах до 4,81%. Относительный прирост составил около 30%, что является одним из самых высоких результатов для панелей на основе SnS.
Авторы работы отмечают, что их метод управления интерфейсами материалов имеет значение не только для солнечной энергетики. Технология может быть применена для улучшения транзисторов, термоэлектрических устройств, датчиков и гибкой электроники, где качество контакта между металлом и полупроводником играет решающую роль.
Ранее сообщалось, что в Германии солнечные панели массово снимают с крыш и ставят в совсем другое место. По данным Берлинского университета прикладных наук, покупка балконных солнечных панелей окупается в течение 4-7 лет. После этого электроэнергия, вырабатываемая ими, становится бесплатной.