Материал, используемый в светодиодах, вскоре может использоваться для повышения мощности кремниевых солнечных панелей, и ученые из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, приближается к тому, чтобы собрать их вместе в одном устройстве.
Ученые на протяжении десятилетий знали о способности фосфида арсенида галлия дополнять кремний в солнечных элементах. Полупроводниковый материал имеет атомную структуру, подобную кремнию, и также он эффективен при преобразовании видимого света в электричество, но при этом выделяет меньше тепла.
Материал является частью семейства соединений, известных как полупроводники III-V (произносится «три-пять»). Это стабильные и надежные соединения, которые годами использовались в продуктах, включая самые ранние светодиодные лампы. Однако из-за высокой стоимости на рынке они не получили широкого применения в солнечных элементах.
Идея объединить эти полупроводники с более дешевым кремнием впервые появилась в 1980-х годах, но стала технологически возможна только благодаря современным достижениям. Сегодня исследователи по всему миру ищут жизнеспособные способы объединения их в одну солнечную батарею.
Инженер Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн Минджу Ларри Ли возглавляет команду, которая недавно сообщила о значительном прогрессе для достижения этой цели. Группа разработала точно контролируемый процесс изготовления, который позволяет разместить тонкие слои фосфида арсенида галлия поверх кремния.
Результатом является исследовательский прототип, который демонстрирует потенциал роста эффективности в 1,5 раза по сравнению с традиционными кремниевыми солнечными элементами. Если эти результаты останутся такими же, когда будет найден способ масштабирования их до коммерческого продукта то, это будет означать на 50% больше электроэнергии, произведенной с единицы площади земли или пространства на крыше.
Исследования проводятся «в условиях глобальной гонки за повышение эффективности солнечных батарей». Поскольку кремниевые солнечные элементы близки к своим возможностям, большое внимание уделяется альтернативным материалам, таким как полупроводники III-V или перовскиты, еще один многообещающий, но менее известный материал, вызывающий интерес сегодня.
Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии отслеживает прогресс по ярким линиям на диаграмме эффективности исследований. Большинство коммерческих солнечных элементов сегодня преобразуют от 15% до 20% солнечной энергии в электричество. Лучший КПД, когда-либо достигнутый, был получен от другого типа экспериментального солнечного элемента, разработанного в лаборатории NREL, который в этом году установил мировой рекорд КПД 47,1%.
Солнечная батарея, созданная лабораторией Ли, считается тандемной солнечной батареей и еще не включена в диаграмму NREL. По оценкам Ли, они на год или два отстают от лучших в мире тандемных солнечных элементов на основе кремния, элемента с эффективностью 29,1%.
Ли надеется, что стоимость материалов III-V также снизится, отмечая растущий интерес к их использованию для солнечных панелей в беспилотных летательных аппаратах.