Физики опубликовали свои результаты в известном научном журнале Nature Communications.
Фотоэлектрические солнечные панели преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Панели поглощают поступающий свет, который возбуждает электроны, направляемые в заданном направлении для генерации электрического тока, способного управлять двигателями или питать лампочку. Это происходит благодаря взаимодействию нескольких слоев полупроводников и металлов внутри солнечной панели. Ячейки изготавливаются в сложном процессе, в ходе которого различные химические элементы осаждаются на стеклянную подложку, обычно методом испарения. Таким образом, солнечная ячейка «растет» слой за слоем.
В прошлом учёные случайно обнаружили, что эффективность определённого типа солнечных элементов значительно повышается при добавлении натрия в светопоглощающий слой. Однако они также заметили, что натрий влияет на рост этого слоя и взаимодействие других химических элементов, в частности, препятствует смешиванию галлия и индия. Это приводило к менее однородным слоям и, следовательно, негативно сказывалось на производительности. Поэтому учёные и производители ранее считали, что идеальный способ производства солнечных элементов — добавлять натрий только после завершения процесса роста.
Используя другой подход, исследователи из Научно-исследовательского подразделения физики и материаловедения Люксембургского университета совместно с четырьмя международными партнерами показали, что истина гораздо сложнее. В то время как традиционно светопоглощающий слой состоит из тысяч отдельных зерен, исследовательская группа выбрала более сложную стратегию производства и вырастила слой в виде одного зерна. «По сути, в этой работе мы продемонстрировали, что если поглотитель состоит из одного зерна, добавление небольшого количества натрия помогает гомогенизировать распределение элементов», — говорит Диего Коломбара, ныне научный сотрудник программы Марии Кюри в Международной Иберийской лаборатории нанотехнологий и главный исследователь этого исследования. «Это очень удивительно, потому что более 20 лет предыдущие исследования неизменно показывали противоположный эффект в поглотителях, состоящих из множества зерен».
Исследователи пришли к выводу, что натрий оказывает двойное воздействие: он гомогенизирует элементы внутри каждого зерна, но замедляет гомогенизацию во взаимодействии между зернами. «Это дает нам возможность переосмыслить подход к производству солнечных элементов. В будущем эти открытия могут привести к улучшению производственного процесса», — заключил доктор Филипп Дейл, руководитель исследовательской группы Лаборатории энергетических материалов (LEM) Люксембургского университета и член Люксембургского национального исследовательского фонда (FNR).

Более подробная информация