На сегодняшний день в качестве генерирующего слоя для солнечных батарей используются разнообразные материалы, в том числе аморфный кремний. Солнечная батарея на его основе представляет собой тонкую пленку, которую можно нанести практически на любую поверхность: например, на оконное стекло. Основная задача при создании таких солнечных батарей заключается в том, чтобы минимизировать отражение света и его поглощение в электродах. Кроме того, важно использовать оптимальную толщину слоя полупроводника, чтобы каждый фотон, попавший в солнечную батарею, участвовал в генерации электричества.
Для решения этих задач ученые из Университета ИТМО изменили структуру верхнего электрода. В него погрузили стеклянные сферы микронного размера, которым впоследствии придали форму капли. Такой электрод послужил одновременно проводником электричества и светозахватывающим покрытием. Своеобразная форма стеклянных микрочастиц помогает фокусировать свет в слое полупроводника и снижает отражение солнечных лучей с поверхности. Таким образом можно достичь максимальной эффективности, сохранив оптимальную толщину активного слоя аморфного кремния.
В качестве материала для электрода используется оксид цинка с добавлением алюминия, который наносится на поверхность солнечной батареи методом атомарно-слоевого осаждения.
«Этот метод позволяет сформировать структуру электрода, буквально выстраивая его по атомам. Образуется очень качественное покрытие, дающее хорошую проводимость, ‒ объясняет Михаил Омельянович, ведущий автор статьи. ─ В результате общая эффективность солнечной батареи увеличивается на 20%.Такой электрод со стеклянными вкраплениями можно использовать для тонких солнечных батарей на основе не только аморфного кремния, но и любых других материалов».
Над созданием эффективной солнечной батареи, которая могла бы быть интересна производителям, ученые работали несколько лет.
«Три года назад мы попробовали покрыть поверхность батареи микросферами. Они существенно улучшали поглощение, но, к сожалению, отражали довольно много света. Мы решили убрать верхнюю часть сферы и сделать своеборазную линзу, которая будет фокусировать свет в батарее. Пытаясь сделать такую линзу, мы нашли более изящное решение. В итоге конечная структура превзошла наши ожидания, основанные на теоретических расчетах», ‒ рассказывает Михаил.
По словам авторов, создание солнечных батарей с таким покрытием не требует сложных технологических решений и больших затрат времени. Этот процесс может быть легко адаптирован для промышленности.
Статья: «Wide-angle light-trapping electrode for photovoltaic cells», Mikhail Omelyanovich and Constantin Simovski Optics Letters Sep. 19, 2017
