Сонячні панелі раптом стали на третину ефективнішими: як вирішили їхню головну проблему

Відкриття належить команді вчених з Національного університету Чоннам у Південній Кореї, пише SciTechDaily. Їм вдалося переосмислити одну з найпроблемніших зон конструкції перспективних сонячних батарей.

Усунення важливого недоліку

У міру зростання попиту на чисту енергію вчені все частіше звертають увагу на тонкоплівкові сонячні елементи як альтернативу традиційному кремнію. Одним із найбільш багатообіцяючих матеріалів вважається моносульфід олова (SnS). Він недорогий, нетоксичний і доступний, на відміну від рідкісних індію або галію. Однак на практиці такі панелі довгий час не могли досягти теоретично передбаченої ефективності.

Головною перешкодою залишався інтерфейс заднього контакту, де шар сульфіду олова з'єднується з металевим електродом. У цьому місці виникали структурні дефекти, небажані хімічні реакції та хаотичний рух атомів. Ці фактори заважали вільному потоку електричних зарядів, істотно обмежуючи загальну потужність батареї.

Дослідники знайшли спосіб виправити цю багаторічну проблему. Вони впровадили ультратонкий шар оксиду германію (GeOx) завтовшки всього 7 нанометрів між поглинаючим шаром і контактом. Для цього використовувався простий метод осадження, який легко масштабувати для промислового виробництва.

Незважаючи на мікроскопічну товщину, цей прошарок виконує кілька критично важливих функцій. Він пригнічує глибокі дефекти, блокує шкідливу дифузію натрію і запобігає утворенню паразитних фаз за високих температур. У результаті якість поглинаючого шару значно зросла, зерна матеріалу стали більшими й одноріднішими, а електричні втрати знизилися.

Результати та перспективи

Застосування оксиду германію призвело до значного стрибка ефективності перетворення енергії: показник зріс з 3,71% у стандартних пристроях до 4,81%. Відносний приріст склав близько 30%, що є одним з найвищих результатів для панелей на основі SnS.

Автори роботи зазначають, що їхній метод управління інтерфейсами матеріалів має значення не тільки для сонячної енергетики. Технологія може бути застосована для поліпшення транзисторів, термоелектричних пристроїв, датчиків і гнучкої електроніки, де якість контакту між металом і напівпровідником відіграє вирішальну роль.

Раніше повідомлялося, що в Німеччині сонячні панелі масово знімають з дахів і ставлять у зовсім інше місце. За даними Берлінського університету прикладних наук, купівля балконних сонячних панелей окупається протягом 4-7 років. Після цього електроенергія, що виробляється ними, стає безкоштовною.