Черный кремний поможет освоить неиспользуемую часть солнечного спектра

Около четверти излучения Солнца приходится на инфракрасный диапазон и не улавливается обычными солнечными батареями, уходя в тепловые потери. Одним из путей преодоления этого является использование так называемого черного кремния. Этот материал поглощает практически все солнечное излучение, включая ИК, и преобразует его в электричество.

Этот материал получают, облучая обычный кремний фемтосекундными импульсами лазера в серосодержащей атмосфере. В ходе этой процедуры атомы серы внедряются в кристаллическую решетку поверхности кремния придавая материалу характерный черный цвет.

Ученые из исследовательской группы наноматериалов для преобразования энергии Фраунгоферовского института телекоммуникаций (Германия) недавно смогли усовершенствовать солнечные ячейки на основе черного кремния увеличив вдвое их общую эффективность. Они достигли этого, изменив форму импульса лазера облучающего кремний.

В обычном кремнии энергии инфракрасных фотонов недостаточно для возбуждения электронов (перехода их в зону проводимости). Вводимая сера играет роль как бы промежуточной остановки, позволяя электронам преодолевать запрещенную зону в два этапа. Однако этот же механизм действует и в обратном направлении, оттягивая электроны из зоны проводимости, что снижает эффективность преобразования солнечной энергии.

Модифицировав форму лазерного импульса, ученые смогли изменить положение внедряемых в решетку атомов серы и скорректировать их энергетические уровни так, чтобы количество освобождающихся электронов было максимальным, а вновь связываемых в валентной зоне — минимальным.

Проект уже увенчался получением прототипов солнечных ячеек из черного кремния. Следующим шагом станет адаптация технологии к требованиям коммерческого производства. По мнению авторов, даже простая замена стандартного кремния на черный в части ячеек уже существующих солнечных батарей, сможет увеличить их кпд на один процент (сейчас он составляет 17%).

Ученые продолжают исследовать влияние разных форм импульсов на энергетические уровни серы. В будущем они рассчитывают создать систему, способную автоматически определять оптимальный способ модификации лазерного излучения для достижения наилучшей эффективности преобразования.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI