НАНОТЕХНОЛОГИИ В СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ О П ПЧЕЛЯКОВ ИФП

НАНОТЕХНОЛОГИИ В СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ О. П. ПЧЕЛЯКОВ ИФП СО РАН НОВОСИБИРСК

Главная проблема человечества: дефицит электроэнергии • У более чем 2 миллиардов человек нет никакого доступа к электричеству • К 2050 году людям будет нужно БОЛЕЕ 20 ТВт электроэнергии

ВСЕМУ НА СВЕТЕ ПРИХОДИТ КОНЕЦ! На наших глазах истощаются энергетические ресурсы, накопленные в Земле за сотни миллионов лет: нефть, газ и уголь. Не являются неисчерпаемыми и урановые запасы. Нефтяные вышки и разведочные нефтегазовые платформы шагают с суши в зону континентального шельфа и дальше. Каждый шаг в этом направлении требует всё большей энергии на добычу каждого литра нефти, каждого кубометра газа и тонны угля. Всё чаще учёные и энергетики обращают внимание на восполняемые ЧИСТЫЕ источники энергии: ветер, приливные течения, биомасса и СОЛНЦЕ.

КАЖДУЮ СЕКУНДУ Земля получает от Солнца в виде излучения ~ 3. 1017 Джоуля энергии – это почти в 1000 раз больше, чем производят за это время все электростанции мира: тепловые, гидро- и атомные. Этот чудесный источник энергии неисчерпаем – термоядерная реакция будет стабильно протекать на Солнце ещё много миллиардов лет. Способы преобразования солнечной энергии в электрическую исследуются очень давно. Первый солнечный элемент на основе соединения селена с золотом был испытан в 1884 году.

Директор ИФП СО РАН академик А. Л. Асеев на фоне Солнечной батареи. Адлерсгоф, ФРГ 2004 г. Основные производители СБ: • Sharp 28%; • Q-Cells 11%; • Kyocera 9%; • Sanyo 8%; • Mitsubishi 7%; • RWE Schott Solar 6%; • BP Solar 5%; Большая солнечная электростанция на крыше завода в ФРГ (Munchen-Riem, Бавария, 1000 к. Вт)

Изготовленные предприятием «Квант» по технологии ФТИ РАН Si батареи проработали на станции «Мир» 15 лет почти без деградации. • В 1839 году Александр Эдмон Беккерель (отец Антуана Беккереля ) открыл фотогальванический эффект. • В 1883 году Чарльзу Фриттсу (Charles Fritts) удалось сконструировать первый модуль с СЭ на основе селена, покрытого тончайшим слоем золота с эффективностью около 1%. Именно 1883 год принято считать годом рождения эры солнечной энергетики. • В 1921 году Альберт Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии за объяснение законов внешнего фотоэффекта. • 1953 Джеральд Персон (Gerald Pearson) – первая СБ на кремнии с p-n переходом • Впервые в СССР солнечные элементы (СЭ) на основе пары Al. Ga. As/Ga. As были получены методом ЖФЭ в 1969 году в ФТИ им. А. Ф. Иоффе под руководством Ж. И. Алфёрова в лаборатории В. М. Андреева. Квантовая эффективность этих батарей при концентрации солнечного излучения до 20 -100 солнц достигала 29, 7 % для спектра АМ 0 и 33% для спектра АМ 1, 5 (после 15 лет работы на КС «МИР» они деградировали менее чем на 30%).

Для сокращения выброса СО 2 необходимо применять альтернативные источники энергии. Предполагается к 2050 году увеличить коэффициент преобразования СЭ (КП) до 40% (или выше) со стоимостью 0. 06$ /к. Вт час (или ниже). В Японии в 2008 году общая мощность СЭ равнялась 2 ГВт, СЭ из поликристаллического кремния – 667 Мегаватт КП =13 -15% СЭ из монокристаллического кремния – 405 Мегаватт КП = 13 -18% СЭ из тонкоплёночного кремния - 131 Мегават КП = 6 -7% СЭ из сплава медь индий селен (CIS) 9, 8 Мегаватт КП = 10 -11% Цель достичь к 2030 году 54 ГВт. Простой расчёт показывает, что это снизит выброс СО 2 всего на 1, 2%. Глобальная цель довести мощность СЭ в мире к 2050 году до 10 ТВт (1010 к. Вт), это приведёт к снижению выбросов на 10%. При этих оценках не учтены затраты энергии и вредные выбросы при производстве материала!

U. S. Department of Energy Office of Energy Efficiencyand Renewable Energy

Время возврата энергии, затраченной на производство модуля для различных типов солнечных систем Зависимость времени возврата энергии (EPT) от типа солнечного элемента и объемов производства. Время возврата энергии для тонкопленочных модулей меньше при любых объемах производства. Источник: www. pv. kaneka. co. jp/why/index. html

Конструкция солнечной батареи

Энергетическая диаграмма взаимодействия солнечного излучения с полупроводником

Ещё в 50 х годах прошлого столетия академик А. Ф. Иоффе предложил для более полного использования спектра излучения Солнца использовать расположенные друг над другом полупроводники с различной шириной запрещённой зоны. Верхний П/П в с наибольшей ЗЗ, нижний с наименьшей. Такие системы получили название - «Каскадные фотоэлементы» Солнечный спектр и выделенные части спектра, которые можно использовать для преобразования в электрическую энергию с помощью полупроводниковых элементов: а – кремний, b -Ga 0, 35 In 065 P/Ga 0, 83 In 0, 0, 17 As/Ge AM 1, 5 -100 -m. W/cm 2 Air Mass 1. 5 spectrum, - на поверхности земли

Пример трёхкаскадного солнечного элемента «Эпитаксиальное выращивание таких структур – это ОДНОСТАДИЙНЫЙ, полностью автоматизированный процесс. Расход исходных материалов мало зависит от количества каскадов. Поскольку все фотоактивные области выполняются из «прямозонных» полупроводников, общая толщина структуры всего несколько микрон» .

Каскадные солнечные элементы (КСЭ) Рекордный 3 х переходный КСЭ с η = 41% Разработан и проходит испытание 4 х переходной КСЭ

Выбор материалов для 3 х переходных каскадных солнечных элементов (КСЭ) Наиболее оптимальным оказался набор с наименьшим рассогласованием параметров решётки (СЛОЖНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ!): подлжка и первый переход - германий 0, 68 э. В, второй переход - Ga. As или In. Ga. As 1, 4 э. В, Третий переход - Al. Ga. As или Ga. In. P 1, 85 э. В. EEE 598: Advanced Solar Cells Honsberg

Эффективность КСЭ зависит от числа P-N переходов в пакете и от наличия концетрации солнечного излучения (Теоретические расчёты) КСЭ требуют выполнения некоторых общих требований: - материалы каждого отдельного солнечного элемента должны обладать максимально возможным временем жизни неосновных носителей - материалы всех отдельных солнечных элементов должны иметь близкие параметры решётки - толщина каждого слоя должна генерации одинакового тока по всей структуре - параметры полученных в результате КСЭ должны быть близки к теоретически возможным

ПРОГРЕСС В ЭФФЕКТИВНОСТИ СБ Nanotechnology for Si-Ge Solar Cell 24% Record solar cell efficiencies for multijunction concentrator cells and other photovoltaic technologies since 1975, as compiled by the National Renewable Energy Laboratory (NREL). (Courtesy of R. Mc. Connell, NREL) 2008

Идея: ВВЕДЕНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЗОНЫ ДЛЯ БОЛЕЕ ПОЛНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНОГО СПЕКТРА Increasing the Efficiency of Ideal Solar Cells by Photon Induced Transitionsat Intermediate Levels Antonio Luque and Antonio Martн “A metallic intermediate band high efficiency solar cell”, Progress in Photovoltaics 9 (2), 2001 pp. 73 -86. VOLUME 78, NUMBER 26 30 JUNE 1997

В ИФП СО РАН много лет проводятся исследования способов получения, физических параметров и приборного применения Квантовых Точек в фоточувствительных структурах 1. I. Yakimov, V. A. Markov, A. V. Dvurechenskii, O. P. Pchelyakov. “Coulomb staircase” in a Si/Ge structure. Phil. Mag. B, 1992, v. 65, Iss. 4, p. 701 -705. 2. Yakimov A. I. , Markov V. A. , Dvurechenskii A. V. , and Pchelyakov O. P. Conductance oscillations in Si/Ge heterostructures containing quantum dots. J. Phys. Condens. Matter, 1994, v. 6, p. 2573 -2582. 3. А. И. Якимов, А. В. Двуреченский, А. И. Никифоров, С. В. Чайковский, С. А. Тийс. «Фотодиоды Ge/Si сот встроенными слоями квантовых точек для ближней ИК области 1. 3 -1. 5 мкм» ФТП, 2003, 37, вып. 11. стр. 1383 -1388. 4. И. Г. Неизвестный, С. Н. Супрун, А. Б. Талочкин, В. Н. Шумский, И. Г. Кожемяко. Ансамбли квантовых точек Ge в ненапряжённой системе Ga. As/Zn. Se. Автометрия, 2001, № 3, с. 97 -107 5. И. Ю. Бородин, И. А. Литвинова, И. Г. Неизвестный, А. В. Прозоров, С. П. Супрун, А. Б. Талочкин, В. Н. Шерстякова, В. Н. Шумский. «Электрические и оптические свойства структур Ga. As/Zn. Se-Ge/Zn. Se/Al с квантовыми точками Ge» . Письма в ЖЭТФ, 2003, т. 78, вып. 3, с. 184 -187.

In. Ga. As/Ga. As сверхрешётка КТ p-i-n СЭ

Размер , вид и состав квантовых точек должны позволять получать энергетические уровни в оптимальном положении по энергии в запрещённой зоне для обеспечения перекрытия большей части солнечного спектра Близкое расположение КТ должно обеспечивать а) - перекрытие волновых функций отдельных точек для расширения уровней КВАНТОВЫХ точек в МИНИЗОНУ б) максимальное поглощение света 2. Дисперсия размеров не должна превышать 10% 3. Материал квантовой точки , также, как матрицы, должны обладать хорошими транспортными свойствами

Фотоэлектрические преобразователи Al. Ga. As/Ga. As c массивом квантовых точек In. Ga. As Поперечное сечение вертикально связанных КТ In. As с толщиной спейсерного слоя - 10 нм ФТП 2009, т. 43, вып 4. С. А. Блохин и др. Спектральные зависимости квантового выхода однопереходных солнечных элементов Al. Ga. As/Ga. As с массивом КТ (QD-Sc) и без него(ref-SC)

ФТП 2009, т. 43, вып 4. С. А. Блохин и др. Впервые показана принципиальная возможность бездислокационного внедрения вертикально-связанных квантовых точек в структуры фотоэлектрических преобразователей без видимого ухудшения структурного качества p−i-n-перехода. Благодаря дополнительному поглощению в среде квантовых точек длинноволновой области солнечного спектра и последующему эффективному разделению фотогенерированных носителей заряда впервые в мире продемонстрировано увеличение (∼ 1%) плотности тока короткого замыкания Jsc в фотоэлектрических преобразователях с квантовыми точками. Максимальное значение кпд реализованных фотоэлектрическихпреобразователей составило 18. 3% при преобразовании прямого наземного солнечного спектра AM 1. 5 G

Увеличение эффективности СЭ за счёт применения наностержней – нанопроволочек - нановискеров

ПРОБЛЕМА ЭФФЕКТИВНОГО СБОРА ФОТОВОЗБУЖДЁННЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА Обычный, планарный солнечный элемент в виде P-N перехода. Проникновение света в элемент характеризуется ОПТИЧЕСКОЙ ТОЛЩИНОЙ материала f =1/ α( α – коэфф. поглощения) в то время как величина свободного пробега генерируемых неосновных носителей определяется их ДИФФУЗИОННОЙ ДЛИНОЙ - Ln = (Dnτn)12 ДИФФУЗИОННОЙ ДЛИНОЙ - Из рисунка видно, что свет проникает глубоко в прибор , но диффузионная длина слишком мала, чтобы собрать все носители, которые генерирует излучение

Радиальные р-n наностержневые СЭ обладают перспективой значительного улучшения эффективности СЭ при изготовлении их из материала обладающего диф. длиной меньшей их оптической толщины (по крайней мере на два порядка) и низкой скоростью рекомбинации в области обеднения (для кремния время жизни в области обеднения > ~ 10 нсек). Оптимальные ячейки имеют радиус равный диффузионной длине неосновных электронов в Р – слой, и их уровень легирования должен быть достаточно высоким , чтобы стержни такого диаметра полностью не обеднялись. В кремнии с очень низкой диффузионной длиной (Ln = 100 нм), возможно получить очень большое увеличение коэффициента преобразования.

Схема поперечного сечения солнечного элемента состоящего из наностержней. Свет падает на верхнюю поверхность. Светлая часть – N типа, тёмная – P- типа Стержни включены параллельно с помощью верхнего и нижнего электродов.

Конструкции СЭ на основе полупроводниковых НП b) НП с несколькими аксиальными p-n переходами с различной шириной запрещённой зоны с) НП с несколькими радиальными p-n переходами d) НП с аксиальным p-n переходом е) НП с радиальным p-n переходом f) НП с радиальным гетеропереходом

ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ЗОНА Для этой цели было предложено использовать квантовые точки, т. к. регулируя их размер можно получать различно расположенные энергетические уровни для возбуждения носителей заряда светом Для перекрытия значительной части солнечного спектра энергия внутренней зоны и матрицы должны иметь например параметры EL = 0, 71 э. В EH = 1, 24 э. В EG = 1, 95 э. В

ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ЗОНА Для этой цели было предложено использовать квантовые точки, т. к. регулируя их размер можно получать различно расположенные энергетические уровни для возбуждения носителей заряда светом Для перекрытия значительной части солнечного спектра энергия внутренней зоны и матрицы должны иметь например параметры EL = 0, 71 э. В EH = 1, 24 э. В EG = 1, 95 э. В

The simplified energy-band structure of solar batteries with intermediate band [A. Luque and A. Martý, Phys. Rev. Lett. , v. 78, No. 26, 1997] Photovoltaics for the 21 st century Cathode + CB Semiconductor with IPB Cathode 1 EFI 2 EFC EL IB EH EG EFV p e. V VB n+ 63% !!! Kin Man Yu and Wladek Walukiewicz Berkeley Lab 2004 SELF-ORDERED Ge/Si QUANTUM DOT INTERMEDIATE BAND PHOTOVOLTAIC SOLAR CELLS A. M. Kechiantz, K. W. Sun, H. M. Kechiyants, L. M. Kocharyan. Int. Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE 12(32) (2005)

STM images of Si(111)-7× 7 surface on initial growth stages of Ge nanoclusters а) 0. 02 БС 7 х7 нм б) 0. 17 БС 14 х14 нм в) 0. 4 БС 23 х23 нм O. P. Pchelyakov, A. I. Nikiforov, B. Z. Olshanetsky, S. A. Teys, A. I. Yakimov and S. I. Chikichev, MBE growth of ultra small coherent Ge quantum dots in silicon for applications in nanoelectronics, Journal of Physics and Chemistry of Solids (2007)

Perspective nanostructures on silicon for photoelectro-generators with Ge quantum dots in Si Mg. F 2/Zn. S Ag контакт n- Si: 10 нм 1 x 1019 см-3 (Sb) Ge quantum dots in i-Si (50 layers) р- Si buffer p+Si substrate Al contact Karl Brunner

Quantum efficiency of Si-Ge cells With quantum dots Without quantum dots Yakimov A I, Dvurechenskii A V, Kirienko V V and Nikiforov A I 2005 Phys. Solid State 47 34

Thermophotovoltaic conversion, with concentrator optics and narrow pass filter

Design of thermo-photovoltaic system

СОЛНЕЧНАЯ ЯЧЕЙКА С ТОЧЕЧНЫМИ КОНТАКТАМИ НА ОБРАТНОЙ СТОРОНЕ ПОДЛОЖКИ Технология разрабатывается сотрудниками ИФП СО РАН при участии НПО «Восток» В. В. Калининым, Д. О. Кузнецовым, Н. А. Пахановым, О. П. Пчеляковым, Е. Г. Тишковским, И. Б. Чистохиным и др.

Back-point-contact Si solar cell

Front surface of Si solar cells (3” float-zone Si wafer)

The cutting and stuck together solar battery

J. R Riccobono and J. E. Ludman, in: Holography for the new millennium, edited by J. E. Ludman, H. J. Caulfield, and J. R. Riccobono (Springer, New York, 2002), pp. 157– 178.

Photovoltaics take a load off soldiers Richard Stevenson

Эффективность фотоэлектрического преобразования солнечного излучения

Record 44 Percent CPV Efficiency From Startup Silicon Valley-based Solar Junction NREL-verified 44 percent cell efficiency (at Efficiency as a driver of the 947 suns) concentrated PV market October 2012 Eric Wesoff: October 15, 2012 In. Ga. P 1, 89 e. V Ga. As 1, 42 e. V Ga. In. NAs. Sb 1 e. V In. Ga. P/Ga. As/Ga. In. NAs. Sb структура, согласованная по параметрам решётки. Технологический метод – молекулярная эпитаксия на Ga. As подложке. Площадь образца – 0, 3124 см 2. Iкз = 7, 1 А/см 2 Uxx = 3, 5 В КПД = 43, 5% при концентрировании солнечного излучения 400 -600 крат (апрель 2011 года), 43% при 1000 х, 42% при 2000 х. Т=25º С Contact: Diandra Weldon Direct: (408) 503 -7021 E-mail: dweldon@sj-solar. com www. sj-solar. com

The plan of arrangement of MBE installation at the international space station 100 best inventions of Russia

PHYSICAL-TECHNICAL INSTITUTE OF ALMATY KAZAKHSTAN

Possible configuration of installation "Shield" Blinov V. V. , Zvorykin, L. L. , Ivanov, A. I. , Ignatyev, А. , Mashanov, V. I, Preobrazhenskiy. V. V. , Pcheljakov O. P. , Sokolov L. V. Patent RF on The device for MBE growth of nanomaterials in an outer space № 2008118835, 03. 04/2009

Rockets Space Corporation “Energy” NT-MDT Company ISP SB RAS PATENT № 2008118835, Priority 12. 05. 2008 Space MBE system International Space Station AFM - microscope

http: //academ. info/news/16881? page=1

Central Research Institute of Engineering Industry Space Resources for Experiments «Wozwrat-ISS» (2014 г. ) 1, 5 kw, 250 kg, 1 -2 years, Height of an orbit in apogee - 250000 km Samara Space Centre (SRPSRC “Ts. SKB-Progress”) International Space Stations «ОКА-Т» № 1 (2012 -2015) and № 2 (2015 -2019)

Oleg Pchelyakov at al. ISP SB RAS Vladimir Skorodelov at al. NPO “Molniya” Alex Ignatiev at al. University of Hewston USA www. cam. uh. edu Semiconductor Wafer Production Flow Chart MAKS International Space Station Texas Center for Superconductivity and Advanced Materials University of Houston NASA Research Partnership Center Raw Materials Base Wafers Finished Wafers Processing

Fabrication of Solar Cells on the Surface of the Moon from Lunar Regolith • Solar Energy for: • Melting of Regolith into Glass • Evaporation of Silicon and Metals Alex Ignatiev at al. University of Houston USA www. cam. uh. edu

Fabrication of Solar Cells on the Surface of the Moon from Lunar Regolith • Parabolic Concentrators in Conjunction with Fiber Optics

Спасибо за внимание

Fabrication of Solar Cells on the Surface of the Moon from Lunar Regolith • Mechanized Solar Cell Growth Facility – Cell Paver - ~ 150 - 200 kg - Evaporation energy from solar thermal collectors - PV panels for motive/control power - Continuous lay-out of cells on lunar surface - Remotely controlled Alex Ignatiev at al. University of Hewston USA www. cam. uh. edu

Comparison with experimental I-V characteristic R. M. Swanson, Point-Contact Solar Cells: Modelling and Experiment, Solar Cell 17 (1986), 85 -113.

Синтез Нанопроволoк (нановискеров) Si по механизму пар-жидкость-кристалл N. Zakharov, P. Werner, L. Sokolov, U. Gosele. Physica E, 2006 Е. И. Гиваргизов «Управляемый рост нитевидных кристаллови создание монокристаллических вискерных зондов» Кристаллография. 2006, 51, № 5. с. 947

Моделирование формирования нановискеров по методу Монте. Карло А. Г. Настовьяк, И. Г. Неизвестный, Н. Л. Шварц, Е. С. Шеремет «Механизмы формирования нановискеров. Моделирование» Автометрия, 2009, т. 45, № 4. с7279

Получение вискеров наносферной литографией позволяющей управлять их диаметром и плотностью Коллоидныечастицы Si. O 2 Управляемое испарение Металлизация Испарение Si. O 2 Травление Si

Применяя легирование из газовой фазы во время роста исключают необходимость подбора постоянных решётки между слоями. Выращивая вискеры In. P на подложке из Si получили заготовку для каскадного СЭ IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS 2010

S. V. Thombare 2011 MRS Spring Meeting.

Схемы построения СЭ с вискерами Si Макет каскадного СЭ состоящего из последовательно соединенной системы нанопроволок с аксиальным Si P-N переходом с обычным планарным Si СЭ. Меньше отражения - больше поглощение света Каскадный СЭ из последовательно соединенных Si планарного СЭ и нанопроволок, включающих три P -N перехода из материалов с различной шириной запрещённой зоны. Более полное использование солнечного спектра и большее поглощение

Свет падающий на поверхность нанопроволочного солнечного элемента переотражается в забиринте вискеров Отсюда минимизация потерь на отражение , характерных для планарных СЭ Для усиления эффекта «переотражени» я света на соседние нанопроволочные СЭ в промежутки между вискерами вводятся наночастицы Al 2 O 3

Writing in Nature Materials, Michael Kelzenberg and co-workers now report on an improved design for solar cells that requires 100 times less material than conventional wafer-based devices 2. Moreover, despite using less material the conversion efficiency of these solar cells is close to that of conventional designs and may even be further improved. Eventually, designs like these could lead to significantly reduced costs of solar electricity generation. www. nature. com/nmat/journal/v 9/n 3/abs/nmat 2701. html To improve solar-cell operation a number of physical processes must be optimized 3. A representative traditional planar solar-cell device is shown in Fig. 1 a. When sunlight reaches the solar cell, some of the light is reflected back and lost, so that a special antireflection layer is needed to minimize the loss. This requires the use of a material with either a low refractive index or a textured morphology. Furthermore, the active semiconductor layer needs to be thick enough to harvest as many photons as possible. For crystalline silicon, an indirect bandgap semiconductor, the typical film thicknesses is 300 μm. And last but not least, the electrons and holes created by the absorbed photons must be separated and collected to generate electricity with minimum loss. How to maximize the efficiency of all these steps is a key area of research.

Nanoletters, May 27, 2011.

Улучшение параметров достигалось пассивацией при различных условиях Получен эффективный СЭ из последовательно соединённого ПЛАНАРНОГО и НАНОПРОВОЛОЧНОГО РАДИАЛЬНОГО p-n ПЕРЕХОДОВ. Максимальная эффективность -11, 5 % при освещении АМ 1. 5. Полученная эффективность выше, чем у планарных СЭ из идентичного материала за счёт повышенного поглощения света и улучшенного собирания фотогенерированныцх носителей заряда из за близости области генерации к P – N переходу.

Благодарю за внимание

Дополнительгые материалы к докладу (черновики)

Технология получения радиальных нанопроволочных СЭ

S. V. Thombare 2011 MRS Spring Meeting.

ЗОННАЯ СТРУКТУРА ПЕРЕОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК НАПРАВЛЕНИЕ РОСТА ЕCB – разрыв зон проводимости КТ и матрицы ЕVB - то же для валентной зоны EG, QD – ширина ЗЗ материала КТ E 1, 0 - первый уровень электронов КТ, как и дырочный уровень он зависит от радиуса КТ МВ - минизоны

ВОЗМОЖНЫЕ ПОГЛОЩЕНИЯ ФОТОНОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ Поглощение в обычном СЭ с одиночным P-N переходом Поглощение в СЭ с внедрёнными сверхрешётками и Квантовыми Ямами

ФТП 2004, т. 38, Вып 8 Ж. И. Алфёров и др.

Как и во всех предыдущих конструкциях предпочтение отдаётся прямозонным полупроводникам

Из всех применяемых соединений наиболее дешёвое, конструктивно удобное и приводящее к наибольшей эффективности преобразования - Монолитное Независимое соединение Монолитное последовательное соединение Гибридное соединение

Pillar power: This microscope image shows the layers of a solar cell built on a nanopillar substrate. The core of each pillar is coated first with metal, then amorphous silicon, and then a transparent condu Credit: Solasta ENERGY Nanopillars Boost Solar Efficiency A new design can make more-efficient thin-film solar cells using existing manufacturing equipment. Thin-film solar cells are less expensive than traditional photovoltaics sliced from wafers, but they're not as efficient at converting the energy in sunlig Solasta's solar architecture eliminates the tradeoff between thick and thin in thin-film solar cell design by separating the electrons' path from the pho

Оптоэлектрические свойства солнечной батареина основе кремниевых нанопроволочек с подложкой из нержавеющей стали. a) Вольтамперная характеристика такой солнечной батареи (b) Внешняя квантовая эффективность для таких устройств.

Структура солнечной батареи на основе кремниевой нанопроволоки.

Структура солнечной батареи на основе кремниевой нанопроволоки.

УМЕНЬШЕНИЕ ОТРАЖЕНИЯ ТЕКСТУРИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТИ СЭ

Варианты текстурированиеяповерхности для уменьшения потерь от отражения

Каскадные Солнечные элементы - СЭ, включающие несколько электронно-дырочных переходов используются для получения более высокой эффективности, чем это возможно на однопереходном СЭ Существуют многочисленные конструктивные предложения создания оптически и электрически оптимальных конструкций. Основные материалы: ПП типа III-V, и сплавы а. Si-C-Ge. Часто для получения сверхвысоких интенсивностей применяют концентраторы солнечного света Основные принципы построения каскадных СЭТ Механическое расположение друг над другом Монолитная конфигурация Оптическая интеграция расщеплением спектра

Installation “Katun”

В настоящее время в качестве полупроводникового преобразователя солнечной энергии в электрическую являются кремниевые планарные P-N переходы. В 2010 году в Японии достигли коэффициента преобразования 16%, в Европе -21% (теория – 32%) ПРОБЛЕМЫ: 1. До P-N перехода доходят не все генерируемые излучением носители заряда 2. Не используется весь спектр излучения солнца – ограничение –ширина запрещённой зоны кремния. 3. Значительная Часть падающего света отражается от поверхности прибора , содержащего металлические контактные сетки.