Инженеры из Массачусетского технологического университета показали, что придание поверхности кремния в фотоэлементах формы обращенных пирамид может уменьшить его расход и увеличить долю поглощенного излучения. Работа опубликована в журнале Nano Letters, ее описание можно прочитать на сайте института.
Создание углублений в кремнии увеличивает долю поглощаемого света, но при этом также увеличивает площадь поверхности материала. С увеличением площади поверхности повышается и вероятность того, что возбужденные светом электроны пойдут не на создание электрического напряжения, а рекомбинируют и поглотятся. Поэтому перед авторами работы стояла задача максимально увеличить поглощение света кремнием, при этом минимально увеличив площадь его поверхности. Для этого авторы исследования сначала провели математическое моделирование, а затем проверили его результаты, создав опытный образец поверхности.
Оказалось, что наиболее эффективно создать на поверхности кремния углубления в виде обращенных четырехгранных пирамид. Площадь в таком случае увеличивается всего на 70 процентов, а толщину слоя кремния при той же доле поглощенного света можно уменьшить в 30 раз. Создание микроструктур осуществлялось традиционным методом фотолитографии и не требовало введения дополнительных технологических процессов.
По расчетам авторов, энергетическая эффективность новых фотоэлементов должна составить около 20 процентов, что не намного меньше 24 процентов лучших на сегодняшний день солнечных панелей. Однако новые фотоэлементы должны стать значительно дешевле своих предшественников.
Ранее другая группа ученых доложила о создании рекордно тонких солнечных батарей. Их разработчики стремились добиться не максимальной энергоэффективности (она составляла скромные четыре процента), а радикального уменьшения веса изделий. Такие солнечные батареи могут пригодиться для создания космических аппаратов и беспилотников.