«Невидимый» провод улучшит эффективность солнечных батарей - «Новости Электроники»

Ученые Стэнфордского университета нашли инновационный способ нанесения электрической проводки на поверхность солнечных ячеек, которая остается невидимой для проходящего света. Фотоэлементы, изготовленные по такой технологии, могут существенно повысить эффективность солнечных батарей. Традиционные

Традиционные солнечные ячейки представляют собой полупроводник, конвертирующий солнечную энергию в электричество, который расположен между двум металлическими контактами, проводящими электрический ток. Но такая структура имеет один существенный недостаток: блестящий металл отражает часть солнечного света, что снижает эффективность устройства.

Исследователи из Стэнфорда разработали технологию, с помощью которой можно «спрятать» отражающий материал и направить свет непосредственно на расположенный ниже полупроводник (обычно кремниевый). Их открытие, опубликованное в журнале ACS Nano, может коренным образом изменить конструкцию и способ изготовления фотоэлементов.

«С помощью нанотехнологий, мы разработали новый способ изготовления металлического верхнего слоя, который практически полностью пропускает солнечный свет, - рассказывает ведущий автор проекта Виджай Нарасимхан. – Наша технология может существенно увеличить производительность, а значит и уменьшить стоимость солнечной батареи».

Обычные солнечные панели, которые часто встречаются расположенными на крышах домов, имеют на своей поверхности клетчатый рисунок. Линии, которые мы наблюдаем, на самом деле являются металлическими контактами. Чем больше таких контактов, тем, больше света «теряется» и, соответственно, страдает энергоэффективность элемента.

Верхний слой токопроводящих контактов занимает относительно немного – 5 - 10%. Однако, это означает, что 5-10% солнечной энергии, которые могли бы использоваться для генерации электричества - просто отражаются.

В своем исследовании ученые разместили тончайшую золотую пленку (толщиной 16 нанометров) на плоскую кремниевую поверхность. Пленка-проводник испещрена множеством наноразмерных прямоугольных отверстий, однако для человеческого глаза они остаются невидимыми – золотая пленка кажется идеально ровной, как зеркало.

Оптический анализ показал, что перфорированная золотая пленка покрывает 65% поверхности кремния и, в среднем, отражает около 50% падающего света. Ученые заключили, что если найти способ спрятать проводящую пленку, то на кремниевый полупроводник солнечного света будет поступать больше.

Решением стало создание кремниевых столбцов, размером всего 300 нм, которые возвышаются над золотой пленкой и перенаправляют солнечный свет прежде, чем он достигнет металлической поверхности. Получить такую структуру удалось за счет химического процесса.

Ученые погрузили кремниевую пластину вместе золотой пленкой на поверхности в раствор перекиси водорода и плавиковой кислоты. При этом металл стал моментально погружаться в подложку и на месте отверстий образовались наностолбцы кремния. Вместе с тем, блестящая золотая поверхность поменяла свой цвет на темно красный – свидетельство того, что золото перестало отражать свет.

«Когда вы включаете водопроводный кран [с аэратором], то не вся вода проходит сквозь его решетку, - объясняет Нарасимхан. – Но если каждое отверстие в решетке снабдить небольшой воронкой – большая часть воды пройдет через них без каких-либо проблем. Именно так и работает наша структура: наностолбцы выступают в роли воронок, которые захватывают свет и направляют его на кремниевую поверхность сквозь отверстия в металлической решетке».

По словам, авторов исследования, помимо золота, предложенный метод также можно использовать для контактов из платины, серебра, никеля и других металлов.

Ожидается, что новая технология позволит увеличить эффективность традиционных солнечных батарей с 20% до 22% - что является значительным приростом в таких системах. Кроме того, такой способ может применяться не только для создания эффективных солнечных батарей, но и для производства различных фотосенсоров, светодиодов и прозрачных батарей.