Исследователи из Международной иберийской лаборатории нанотехнологий (INL) представили инновационный тип ультратонких солнечных элементов. Эта разработка открывает путь к созданию лёгких, гибких и более доступных солнечных панелей, которые можно будет использовать на транспорте, зданиях и портативных устройствах.
Главная идея учёных — повысить эффективность ультратонких солнечных элементов, которые требуют меньше материалов и времени на производство, но обычно теряют часть энергии из-за «утечки» света. Когда светопоглощающий слой становится слишком тонким, часть солнечного излучения проходит сквозь него, снижая эффективность преобразования энергии.
Чтобы решить эту проблему, команда под руководством Педро Саломе совместно с учёными из Уппсальского университета (Швеция) создала наноструктурированное зеркало для задней стороны солнечной ячейки. Оно состоит из сверхтонкого слоя золота, покрытого оксидом алюминия.
Эта зеркальная структура отражает свет обратно в элемент, позволяя ему поглощаться повторно, что повышает общую эффективность. Дополнительный слой оксида алюминия также снижает электрические потери — процесс, известный как пассивация интерфейса. Это помогает электронам не терять энергию при движении через материал.
Быстрое и дешёвое производство
Создание подобных наноструктур обычно требует сложного и дорогостоящего оборудования. Однако исследователи из INL применили более простую технологию — наноимпринт-литографию. Она позволяет буквально «штамповать» узор на поверхности за один шаг, что делает метод значительно быстрее и удобнее для промышленного использования.
Эта технология была протестирована на ультратонких солнечных элементах типа ACIGS ((Ag,Cu)(In,Ga)Se₂), которые уже известны своей высокой эффективностью. После внедрения золотого зеркала их производительность выросла примерно на 1,5%, главным образом благодаря лучшему поглощению света.
Учёные также установили, что оптимальная температура для производства таких элементов составляет 450 °C (842 °F). При этом золото не рассеивается в материал, что предотвращает деградацию характеристик. Более того, технология подходит для гибких подложек, например пластиковых плёнок.
Почему это важно
Новая архитектура решает сразу две ключевые задачи — улучшение светопоглощения и снижение энергетических потерь. Это делает возможным создание лёгких, эффективных и гибких солнечных панелей, пригодных для широкого применения: от крыш домов и фасадов зданий до электроники и транспорта.
Как отметил исследователь Андре Виолаш, «эта архитектура даёт нам мощный инструмент для управления светом и снижения потерь энергии, сохраняя при этом простоту производства». Его коллега Дженнифер Тейшейра добавила: «Объединив технологии управления светом и пассивации, мы создаём новое поколение солнечных элементов».
Результаты исследования опубликованы в журнале Solar RRL.
