Наночастицы улучшают свойства сверхтонких солнечных элементов

Устройства на базе CIGSe известны своей высокой эффективностью среди других тонкоплёночных солнечных батарей. Но, поскольку индий это редкий элемент, активный слой желательно делать как можно более тонким.

С уменьшением его толщины поглощается все меньше света и эффективность падает. Более того, с достижением значения в один микрометр все больше носителей заряда встречаются и рекомбинируют на заднем контакте, исключаясь из процесса генерации электричества.

Группе молодых учёных под руководством профессора берлинского Центра Гельмгольца (HZB) Мартины Шмид (Martina Schmid) потребовалось больше года, чтобы получить слой толщиной 460 нм, обладающий приемлемой эффективностью, до 11,1%. Затем, по рекомендации профессора Амстердамского Центра Нанооптики, Альберта Полмана (Albert Polman), они стали экспериментировать с диэлектрическими наночастицами, вводимыми методом наноимпринтинга между разными слоями тонкопленочной батереи.

Первые попытки использовать наночастицы двуокиси титана в качестве ловушек, усиливающих поглощение света в слое CIGSe, закончились неудачей, но в конечном итоге все же было найдено оптимальное решение. Оказалось, что массив наночастиц нужно было наносить не поверх сверхтонкой солнечной батареи, а на её задний контакт.

Коллеги из Амстердама создали такой массив диэлектрических частиц SiO2 прямо на подложке из молибдена, являвшейся задним контактом солнечного элемента. На этой структурированной основе в HZB был выращен ультратонкий слой CIGSe и все остальные необходимые слои и контакты.

В такой конфигурации эффективность преобразования энергии возросла с 11,1 до 12,3%, а плотность тока короткого замыкания увеличилась более чем на 2 мА/см2. Добавление антирефлективных наночастиц сверху батареи повысило её кпд до 13,1%.

Дальнейшие исследования показали, что наночастицы на заднем электроде увеличивают эффективность путём снижения вероятности рекомбинации носителей зарядов. «Эта работа все ещё находится в начальной фазе, у нас есть новые идеи относительно того, как увеличить поглощение и уменьшить рекомбинацию, а значит, повысить эффективность, используя оптические и электрические свойства наночастиц», — заявила Мартина Шмид в статье, которая вышла в журнале ACS Nano.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI