Сотрудники Политехнического университета Валенсии, Испанского Национального Исследовательского Совета (CSIC), Политехнического университета Каталонии — BarcelonaTech (UPC) и Университета Ровира Виргили де Таррагона, разработали кремниевый фотоэлектрический элемент, способный превращать инфракрасное излучение в электричество.
Журнал Nature Communications опубликовал это новое решение, разработанное во главе с Франциско Месегером, профессором из CSIC.
Солнце является неисчерпаемым источником энергии, которое может решить многие современные проблемы энергоснабжения. Как известно, фотогальванический элемент является устройством, способным превращать солнечный свет в электричество. Тем не менее, есть много причин, препятствующих широкому распространению солнечных батарей, например, относительно высокая стоимость (0,02 евро за ватт генерируемой энергии) и низкая эффективность кремниевых солнечных элементов, около 17 %.
Низкая эффективность существующих на рынке солнечных батарей связана с материалом из которого изготовлен солнечный элемент. Большинство солнечных батарей изготавливается из кремния, который относительно дешев в производстве. Однако эти солнечные батареи могут генерировать электричество только от видимой части солнечного спектра, а не инфракрасной области. Это происходит из-за внутренних свойств ширины запрещенной зоны кремния, которую большинство инфракрасных фотонов преодолеть не могут.
Изображение кремниевой микросферы
«После трех лет работы, — говорит профессор Francisco Meseguer, — наша исследовательская группа разработала новую концепцию кремниевых солнечных элементов, способных поглощать инфракрасное излучение от солнца и преобразовывать его в электричество.» Moisés Garín, исследователь из CSIC и Политехнического университета Каталонии, говорит: «Мы создали фотоэлементы, расположив микрометровые кремниевые сферы на подложке, где инфракрасный свет находится в ловушке до тех пор, пока не поглощается, превращаясь в электричество».
Изображение со сканирующего электронного микроскопа полидисперсных коллоидов кремния на кремниевой подложке. Справа один из элементов.
Созданное устройство — это первый фотодиод разработанный на основе микрометровой сферы, изготовленной из поликристаллического кремния, для которой фототок указывает на режимы работы классического сферического резонатора. Длинное время захвата резонирующих фотонов усиливает фототок, расширяя его в инфракрасной области далеко за пределы края поглощения кремния. Это открывает дверь для разработки солнечных элементов и фотодетекторов, которые могут поглощать инфракрасный свет более эффективно, чем существующие кремниевых фотоэлектрические устройства.
Схема устройства фотоэлемента на кремниевых микросферах
Схематическое изображение структуры устройства и зонная диаграмма
(a) Основная структура устройства. (b) Зонная диаграмма
Эта работа является новым научным достижением для развития высокопроизводительных фотоэлектрических элементов в будущем.
Источник: журнал www.nature.com