Покриття зі скляних мікрочастинок збільшує ефективність сонячних батарей

співробітники університету ИТМО розробили спеціальне покриття для сонячних батарей на основі аморфного кремнію, яке одночасно захоплює світло, фокусує його в заданому шарі і виступає в ролі провідника. Це дозволяє мінімізувати втрати, викликані відбиттям, уникнути шкідливого нагріву електродів і підвищити ефективність батарей на 20%. При цьому такий спосіб створення сонячних батарей може бути адаптований для промислового виробництва. результати опубліковані в Optics Letters.

На сьогоднішній день в якості генеруючого шару для сонячних батарей використовуються різноманітні матеріали, в тому числі аморфний кремній. Сонячна батарея на його основі є тонку плівку, яку можна нанести практично на будь-яку поверхню: наприклад, на віконне скло. Основне завдання при створенні таких сонячних батарей полягає в тому, щоб мінімізувати віддзеркалення світла і його поглинання в електродах. Крім того, важливо використовувати оптимальну товщину шару напівпровідника, щоб кожен фотон, який потрапив в сонячну батарею, брав участь в генерації електрики.

Для вирішення цих завдань вчені з Університету ИТМО змінили структуру верхнього електрода. У нього завантажили скляні сфери мікронного розміру, яким згодом додали форму краплі. Такий електрод послужив одночасно провідником електрики і светозахвативающім покриттям. Своєрідна форма скляних мікрочастинок допомагає фокусувати світло в шарі напівпровідника і знижує відображення сонячних променів з поверхні. Таким чином можна досягти максимальної ефективності, зберігши оптимальну товщину активного шару аморфного кремнію.

Як матеріал для електрода використовується оксид цинку з додаванням алюмінію, який наноситься на поверхню сонячної батареї методом атомарному-шарового осадження.

«Цей метод дозволяє сформувати структуру електрода, буквально вибудовуючи його по атомам. Утворюється дуже якісне покриття, що дає хорошу провідність, - пояснює Михайло Омелянович, провідний автор статті. ─ У результаті загальна ефективність сонячної батареї збільшується на 20% .Такий електрод зі скляними вкрапленнями можна використовувати для тонких сонячних батарей на основі не тільки аморфного кремнію, але і будь-яких інших матеріалів ».

Над створенням ефективної сонячної батареї, яка могла б бути цікава виробникам, вчені працювали кілька років.

Михайло Омелянович

«Три роки тому ми спробували покрити поверхню батареї микросферами. Вони суттєво покращували поглинання, але, на жаль, відбивали досить багато світла. Ми вирішили прибрати верхню частину сфери і зробити своеборазную лінзу, яка буде фокусувати світло в батареї. Намагаючись зробити таку лінзу, ми знайшли більш витончене рішення. В результаті кінцева структура перевершила наші очікування, засновані на теоретичних розрахунках », - розповідає Михайло.

За словами авторів, створення сонячних батарей з таким покриттям не вимагає складних технологічних рішень і великих витрат часу. Цей процес може бути легко адаптований для промисловості.

Стаття : «Wide-angle light-trapping electrode for photovoltaic cells», Mikhail Omelyanovich and Constantin Simovski Optics Letters Sep. 19 2017