Ряды голубых солнечных панелей, которые усеивают ландшафты и крыши домов, обычно сделаны из кристаллического кремния, полупроводника-рабочей лошадки, который можно найти практически в каждом электронном устройстве.
За последнее десятилетие исследователи из Университета штата Колорадо провели новаторские исследования по улучшению производительности и стоимости солнечной энергии путем изготовления и тестирования новых материалов, которые превосходят возможности кремния. Они сосредоточились на материале, который обещает заменить кремний, под названием теллурид кадмия.
В сотрудничестве с партнерами из Университета Лафборо в Соединенном Королевстве исследователи из Центра фотогальваники нового поколения при поддержке Национального научного фонда CSU сообщили о ключевом прорыве в том, как еще больше улучшить характеристики тонкопленочных солнечных элементов из теллурида кадмия. добавлением другого материала, селена. Их результаты были опубликованы в журнале Nature Energy ранее в этом месяце и стали предметом статьи «Новости и взгляды».
«Наша статья направлена прямо к фундаментальному пониманию того, что происходит, когда мы сплавляем селен с теллуридом кадмия», - сказал Курт Барт, директор Центра фотогальваники нового поколения и доцент кафедры машиностроения.
До сих пор было не совсем понятно, почему добавление селена привело к рекордной эффективности солнечных элементов на основе теллурида кадмия - отношение выходной энергии к подводимому свету - чуть более 22 процентов. Вместе с сотрудниками CSU В. С. Сампат и Амит Мунши, Барт и международная команда разгадали эту загадку. Их эксперименты показали, что селен преодолевает эффекты дефектов атомного масштаба в кристаллах теллурида кадмия, открывая новый путь для более широко распространенного и менее дорогого электричества, вырабатываемого солнечной энергией.
Тонкие пленки из теллурида кадмия, которые команда CSU изготавливает в лаборатории, используют в 100 раз меньше материала, чем обычные кремниевые солнечные панели. Таким образом, их легче производить, и они поглощают солнечный свет почти с идеальной длиной волны. Электричество, производимое фотогальваническими элементами на основе теллурида кадмия, является самым дешевым из доступных в солнечной промышленности, что снижает потребление источников на основе ископаемого топлива во многих регионах мира.
Согласно статье, электроны, генерируемые, когда солнечный свет попадает на солнечную панель, обработанную селеном, с меньшей вероятностью будут захвачены и потеряны на дефектах материала, расположенных на границах между кристаллическими зернами по мере их роста. Это увеличивает количество энергии, извлекаемой из каждого солнечного элемента. Работая с материалами, изготовленными в CSU с помощью передовых методов осаждения, команда обнаружила это неожиданное поведение, измерив количество света, излучаемого селенсодержащими панелями.
Поскольку селен неравномерно распределен по панелям, они сравнили люминесценцию, испускаемую в областях, где селена было мало или совсем не было, и в областях, где селен был очень сконцентрирован.
«Хороший бездефектный материал для солнечных элементов очень эффективно излучает свет и поэтому сильно люминесцирует», - сказал Том Фидусия, ведущий автор статьи и доктор философии. студент Университета Лафборо, работающий с профессором Майклом Уоллсом. «Поразительно очевидно, когда вы видите данные, что области, богатые селеном, люминесцируют гораздо ярче, чем чистый теллурид кадмия, и эффект удивительно сильный».
Национальный научный фонд поддерживает работу Центра фотогальваники нового поколения CSU с 2009 года.