Свой вклад в удешевление солнечных технологий в сентябре 2020 года внесла группа Санкт-Петербургских ученых. Им удалось решить сложную проблему искусственного выращивания редкоземельных кристаллов на недорогой подложке из кремния.
Для новых ячеек были использованы полупроводники из группы A3B5 – преимущественно арсениды, нитриды и фосфиды индия и галлия. Получившийся гибрид оказался в 1,5 раза производительней, чем классические однокаскадные CIGS, и при этом кратно дешевле.
Интересно, что теоретическая возможность подобной технологии была предсказана еще Жоресом Алферовым, получившим Нобелевскую премию именно за работы в области полупроводников. Подробные результаты создания экспериментальных ячеек питерские специалисты опубликовали в престижном издании «Solar Energy Materials and Solar Cells».
Почему это изобретение настолько важно? Как известно, КПД традиционных фотоэлектрических батарей на базе кремния довольно невысок, и составляет сегодня максимум 23-25%. А более эффективные полупроводниковые материалы чрезмерно дороги для солнечных батарей для частного дома, из-за чего они используются в основном в аэрокосмической технике. Самое очевидное решение состояло в совмещении двух этих технологий, что и удалось реализовать научной группе из представителей трех ВУЗов:
Получившийся многокаскадный элемент удовлетворял главному условию устойчивости гибридов – одинаковой структуре кристаллической решетки у кремния и полупроводниковых A3B5. Долгое время большинство инженеров пробовало добиться желаемого результата с помощью фосфида галлия GaP. Однако этот материал слабо поглощал электромагнитное излучение видимой длины волны и требовал включения «добавки». Ее и нашли питерские ученые, получив после введения в фосфид галлия обычного азота N прямозонный полупроводниковый раствор GaPN.
Особая технология выращивания кристаллов на подложке дала возможность создать гибрид, в котором редкоземельный материал поглощал фотоны видимого света, а кремний – волны ИК-диапазона. Сейчас коллектив под руководством зав.лаборатории Ивана Мухина работает над увеличением числа активных слоев. Потенциальный КПД подобных солнечных панелей должен быть примерно равным 40% - более чем в 1,5 раза выше любых батарей на основе кремния сравнимой, или даже большей стоимости.