Методы моделирования помогают в разработке прозрачных фотоэлементов

Окна и фасады зданий можно было бы покрывать солнечными фотоэлементами, по крайней мере частично решая задачу обеспечения электричеством зданий. Однако для реализации такой идеи необходимы прозрачные солнечные батареи.

Для создания прозрачной электроники необходимо два прозрачных покрытия: n-типа, где проводимость обусловлена движением свободных электронов и p-типа, где проводимость (с точки зрения макроскопических свойств вещества) вызвана направленным движением положительно заряженных дырок. При производстве таких материалов обычно в базовый слой внедряют атомы другого вещества, в зависимости от которого меняются свойства проводимости покрытия. Прозрачные проводники n-типа (на основе соединений индия, стоимость которого с 2002 г. выросла в 10 раз) уже имеются. Образцы p-проводников, во-первых, не обладают достаточной прозрачностью, а во-вторых, имеют слишком малую электропроводность. Производители нуждаются в прозрачном базовом материале, пригодном как для n- так и для p-легирования.

Исследователи Института механики материалов им. Фраунгофера предложили физическую модель материала и методы для поиска нужных составов. С помощью электронного микроскопа ученые выявили наиболее часто встречающиеся в материалах границы блоков, т.е нерегулярности кристаллической структуры. Затем дефектные структуры были смоделированы, а с помощью специальных имитационных методов рассчитано распределение электронов в получившейся структуре и ее электропроводность. На основании этих данных исследователи смогли судить о степени прозрачности и проводимости материала. В частности, сделан вывод, что для p-легирования подходит оксид цинка, но наиболее перспективным является азот.