Использование солнечной энергии – важнейшая задача современной альтернативной энергетики. Новые типы батарей появляются регулярно и быстро находят применение. Большинство лабораторий сегодня работает над повышением КПД солнечных батарей – от достигнутых 20 до теоретически ожидаемых 30 процентов. Российские учёные подошли к вопросу с другой стороны: КПД батареи из мультикристаллического кремния, предложенной ими, не больше, чем у других элементов питания, но зато её производство обходится значительно дешевле, уточняет «Информнаука».

Большинство солнечных батарей на данный момент изготавливается на основе кремния. Максимальный коэффициент полезного действия достигается при использовании чистого, монокристаллического кремния. Но процесс его получения чрезвычайно трудоёмок, он требует особого внимания к соблюдению необходимых условий роста кристалла. Гораздо легче изготовить мультикристаллический кремний – материал, в силу некоторых случайных факторов составленный из различных монокристаллических решёток кремния. Экспериментальные образцы на его основе также показывают хорошие результаты эффективности – порядка 15 процентов. При этом такую батарею намного проще изготовить, а значит, её цена оказывается ниже.

Учёные из НИИ ядерной физики им. Д. В. Скобельцына МГУ и научно-производственной фирмы «Кварк» впервые получили солнечные элементы конструкции LGCell из мультикристаллического неструктурированного кремния. Эффективность экспериментальных образцов составила 15,9 процента. Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ и Российского фонда фундаментальных исследований и опубликована в журнале «Физика и техника полупроводников».

В основе действия всех фотоэлементов лежит хорошо известное явление фотоэффекта – испускания веществом электронов под воздействием света. Конструктивно же солнечные элементы состоят из двух частей: полупроводниковой структуры, в которой происходит это выделение электронов, и токособирающей системы. В солнечной батарее пластины мультикристаллического кремния дополнительно легируются атомами фосфора и бора. Это создаёт в полупроводнике области различных типов проводимости. В одной из них ток обеспечивается электронами, в другой – вакансиями электронов, так называемыми дырками. Именно на контакте этих двух областей и наблюдается высокоинтенсивный фотоэффект. Поверхность полупроводниковой структуры покрывается специальным проводящим оксидом, уже на поверхность которого прикрепляется медная контактная сетка для снятия тока – в этом отличительная черта новой технологии LGCell.

Геннадий Унтила и его коллеги изготовили экспериментальные образцы фотоэлементов конструкции LGCell, а также подробно исследовали процесс их обработки атомарным водородом. Как предположили, а затем доказали учёные, такая обработка приводит к относительному упорядочению структуры мультикристаллического кремния и увеличивает эффективность батарей.

На основе полученных полупроводниковых пластин были созданы экспериментальные образцы солнечных элементов. В первых испытаниях учёные выяснили, что КПД батареи снижается при освещении коротковолновым светом (около 300 нм). Они предположили, что этот провал связан со структурой поверхностного слоя батареи, и продемонстрировали, что химическое травление поверхности приводит к значительному росту эффективности фотоэлемента.

После проведённых усовершенствований показатель фотоэффективности полученных структур LGCell достиг значения в 15,9 процента, что не уступает мировому уровню 16,1 процента в сопоставимом классе солнечных элементов.

Источник информации:

• Г. Г. Унтила, Т. Н. Кост, А. Б. Чеботарева, М. Э. Белоусов, В. А. Самородов, А. Ю. Поройков, М. А. Тимофеев, М. Б. Закс, А. М. Ситников, С. И. Солодуха «Солнечные элементы конструкции LGCell из мультикристаллического кремния. Применения обработки атомарным водородом. Физика и техника полупроводников, 2011, том. 45 , вып. 3.