Солнечные элементы осваивают ближний ИК-диапазон

Открытие, сделанное представителями Мичиганского университета (U-M), может поднять на следующую ступень продуктивности устройства концентраторной фотоэлектроники — малогабаритные и высокоэффективные солнечные батареи, работающие с концентрированным солнечным излучением.

Сегодняшние концентраторные фотоэлементы, как правило, состоят из нанесённых друг на друга методом молекулярно-лучевой эпитаксии трёх слоёв полупроводников, которые поглощают излучение в различных участках солнечного спектра. Свет, пропускаемый первым слоем, поглощается вторым или третьим, однако фотоны, близкого инфракрасного (ИК) диапазона, проходят такой элемент насквозь, не внося вклад в генерируемое электричество.

Именно эту многолетнюю проблему недостающего «четвёртого» слоя, удалось решить материаловедам U-M. Разработанный ими сплав не только на 25% дешевле самых экономичных предлагавшихся до этого вариантов, но и структурно совместим с полупроводниками на базе арсенида галлия, широко применяемыми в концентраторной фотоэлектронике.

Комбинируя методы рентгеновской дифракции и ионно-лучевого анализа с компьютерным моделированием, авторы смогли обеспечить более эффективное соединение слегка модифицированного мышьяка с висмутом. Изменение количества азота и висмута в исходной смеси позволило исключить один этап из процесса синтеза, а оптимальный температурный режим обеспечил равномерное смешивание компонентов и надежную связь с подложкой.

Разработанный ранее тем же коллективом упрощенный процесс легирования полупроводников позволяет отказаться от добавления токсичного и дорогостоящего бериллия и снизить себестоимость изготовления концентраторных фотоэлементов на 30%.