Смелый новый дизайн тонкопленочных солнечных элементов, который требует значительно меньшего количества кремния и может повысить их эффективность, является результатом сотрудничества промышленности и научных кругов между Oerlikon Solar в Швейцарии и фотогальванической группой Института физики в Академия наук Чехии.
Одним из долгосрочных вариантов недорогого высокодоходного промышленного производства солнечных панелей из обильного сырья являются солнечные элементы из аморфного кремния и тандемные элементы из микрокристаллического кремния (также известные как Micromorph), обеспечивающие окупаемость энергии в течение в год.
Недостатком этих элементов, однако, является то, что стабильная эффективность панели меньше, чем эффективность доминирующего в настоящее время кремния на основе кристаллических пластин, объясняет Милан Ванечек, который возглавляет группу фотогальваники в Институте физики в Праге.
«Чтобы сделать элементы из аморфного и микрокристаллического кремния более стабильными, они должны быть очень тонкими из-за плотного расстояния между электрическими контактами, а результирующего оптического поглощения недостаточно», - отмечает он. «По сути, это плоские устройства. Толщина аморфного кремния составляет от 200 до 300 нанометров, а толщина микрокристаллического кремния превышает 1 микрометр».
Новый дизайн команды фокусируется на оптически толстых ячейках, которые сильно поглощают, в то время как расстояние между электродами остается очень малым. Они описывают свою конструкцию в журнале Applied Physics Letters Американского института физики.
Наш новый трехмерный дизайн солнечных элементов основан на зрелой, надежной технологии осаждения поглотителей с плазменным химическим осаждением из паровой фазы, которая уже используется для электроники на основе аморфного кремния, производимой для жидкокристаллических дисплеев. Мы только что добавили новую наноструктурированную подложку для осаждения солнечного элемента», - говорит Ванечек.
Эта наноструктурированная подложка состоит из массива наноколонн оксида цинка (ZnO) или, альтернативно, из сотового массива микроотверстий или наноотверстий, выгравированных в прозрачном проводящем оксидном слое (ZnO).
«Этот последний подход оказался успешным для осаждения солнечных элементов», - уточняет Ванечек. «Потенциал этой эффективности оценивается в пределах диапазона современных многокристаллических пластинчатых солнечных элементов, которые доминируют в промышленном производстве солнечных элементов. И значительно более низкая стоимость панелей Micromorph при той же эффективности панели, что и панели из поликристаллического кремния (от 12 до 16%). может увеличить производство в промышленных масштабах».
Следующий шаг - дальнейшая оптимизация для дальнейшего повышения эффективности.