Результаты исследования, проведенного инженером Минджу Ларри Ли из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн, опубликованы в журнале Cell Reports Physical Sciences.
«Кремниевые солнечные панели широко распространены, потому что они доступны по цене и могут преобразовывать чуть более 20% солнечного света в полезную электроэнергию», – сказал Ли, профессор электротехники и компьютерной инженерии, а также филиал Holonyak Micro and Nanotechnology Lab. «Однако, как и кремниевые компьютерные чипы, кремниевые солнечные элементы достигают предела своих возможностей, поэтому поиск способа повышения эффективности привлекателен для поставщиков и потребителей энергии."
Команда Ли работала над слоем фосфида арсенида галлия из полупроводникового материала на кремний, поскольку эти два материала дополняют друг друга. Оба материала сильно поглощают видимый свет, но фосфид арсенида галлия делает это, выделяя меньше тепла. По словам Ли, кремний, напротив, превосходно преобразует энергию из инфракрасной части солнечного спектра, выходящую за пределы того, что могут видеть наши глаза.
"Это похоже на спортивную команду.
У вас будут быстрые люди, некоторые сильные, а некоторые с отличными защитными навыками », – сказал он. «Аналогичным образом тандемные солнечные элементы работают как единая команда и используют лучшие свойства обоих материалов, чтобы создать единое, более эффективное устройство."
Хотя фосфид арсенида галлия и другие полупроводниковые материалы, подобные ему, эффективны и стабильны, они дороги, поэтому изготовление панелей полностью из них нецелесообразно для массового производства в настоящее время. Таким образом, команда Ли использует недорогой кремний в качестве отправной точки для своих исследований.
По словам Ли, во время производства дефекты материала проникают в слои, особенно на границах раздела между кремнием и фосфидом арсенида галлия. Крошечные дефекты образуются, когда материалы с другой атомной структурой накладываются на кремний, что ставит под угрозу как производительность, так и надежность.
«Каждый раз, когда вы переключаетесь с одного материала на другой, всегда есть риск создать некоторый беспорядок при переходе», – сказал Ли. "Шичжао Фань, ведущий автор исследования, разработал процесс формирования нетронутых границ раздела в ячейке из фосфида арсенида галлия, что привело к значительным улучшениям по сравнению с нашей предыдущей работой в этой области."
"В конце концов, коммунальная компания могла бы использовать эту технологию, чтобы получить 1.В 5 раз больше энергии из того же количества земли на солнечных фермах, или потребитель мог бы использовать 1.В 5 раз меньше места для крышных панелей », – сказал он.
Ли сказал, что на пути к коммерциализации остаются препятствия, но он надеется, что поставщики энергии и потребители увидят ценность в использовании стабильных материалов для повышения производительности.