Суперабсорбирующий дизайн мог уменьшить толщину полупроводниковых материалов, используемых в солнечных батареях тонкой пленки больше чем одним порядком величины, не ставя под угрозу способность солнечного поглощения света.«Современные солнечные батареи тонкой пленки требуют аморфного кремниевого слоя, который является гущей на приблизительно 100 миллимикронов (нм), чтобы захватить большинство доступной солнечной энергии», говорит доктор Линиоу Као, доцент материаловедения и разработки в государственном и ведущем авторе NC статьи, описывающей работу. «Структура, которую мы предлагаем, может поглотить 90 процентов доступной солнечной энергии, используя только слой 10 нм толщиной аморфного кремния.«То же самое верно для других материалов.
Например, Вам нужен слой теллурида кадмия, который один микрометр толщиной, чтобы поглотить солнечную энергию, но наш дизайн может достигнуть тех же самых результатов со слоем 50 нм толщиной теллурида кадмия. Наш дизайн может также позволить слою 30 нм толщиной медного индиевого селенида галлия полностью поглотить солнечный свет. Это – огромный прогресс».Као отмечает, что смещение полупроводниковых материалов обозначает как главное узкое место улучшение производственной производительности и понижение стоимости солнечных батарей тонкой пленки. «Уменьшение в толщине полупроводниковых материалов одним порядком величины означало бы существенное улучшение производственной производительности и сокращение стоимости», говорит Као, потому что клетки использовали бы меньше материала, и тонкие пленки могли быть депонированы более быстро.
В поперечном сечении новый дизайн похож на прямоугольную луковицу. Легко абсорбирующий полупроводниковый материал покрывает прямоугольное ядро. Полупроводник, в свою очередь, покрыт тремя слоями антирефлексивного покрытия, которые не поглощают свет.Чтобы разработать дизайн, исследователи начали, исследовав максимальную эффективность поглощения света полупроводниковых материалов, используя заманивающие в ловушку свет методы.
Они нашли, что увеличение солнечного поглощения требует дизайна, в котором заманивающая в ловушку свет эффективность для солнечного света равна внутренней поглотительной эффективности полупроводниковых материалов. Другими словами, чтобы максимизировать солнечное поглощение, Вы должны соответствовать сумме солнечного света, пойманного в ловушку в структуре и сумме солнечного света, который мог быть поглощен.
Исследователи тогда проектировали подобные луку структуры, чтобы согласовать их заманивающую в ловушку свет эффективность с поглотительной эффективностью полупроводниковых материалов в солнечных батареях тонкой пленки.«Мы сначала теоретически предсказали максимальную солнечную эффективность поглощения света в данных полупроводниковых материалах, и затем предложили дизайн, который мог быть с готовностью изготовлен, чтобы достигнуть предсказанного максимума.
Мы разработали новую модель, чтобы сделать эту работу, потому что мы чувствовали, что существующие модели не смогли найти верхний предел для солнечного поглощения реальных полупроводниковых материалов», говорит Као «И если бы это прокладывает себе путь, мы думаем, что это будет, это существенно решить проблемы эффективности поглощения света для солнечных батарей тонкой пленки.«Суперабсорбирующая структура разработана для удобства фальсификации, и мы ищем партнеров, чтобы произвести и проверить этот дизайн», добавляет Као. «Структуру должно быть очень легко произвести со стандартным смещением тонкой пленки и методами субмикронной литографии.
Мы рады работать с промышленными партнерами, чтобы осуществить этот дизайн в производстве солнечных батарей следующего поколения».