Команда инженеров МТИ и Научно-технического института Масдара разработала новый вид солнечного элемента, сочетающий два разных слоя абсорбирующего солнечный свет материала, чтобы увеличить спектр поглощаемой энергии. Подобные «ступенчатые элементы» обычно сложно производить, но ученым удалось создать новый, более экономичный технологический процесс.
Ступенчатый элемент может достичь теоретической эффективности свыше 40% и практической эффективности 35%. Это побудило ведущих исследователей проекта, профессоров Аммара Найфеха и Юджина Фитцжеральда создать стартап для коммерциализации многообещающей солнечной ячейки. По их расчетам, она будет готова для рынка в течение одного-двух лет.
Кремний считается сейчас золотым стандартом производства солнечных элементов, но их эффективность не велика — 15-20%. Для того чтобы собрать больше высокоэнергетических фотонов ученые обратились к другим материалам — арсениду галлия и фосфиду галлия. Наибольшей производительности они достигают, когда располагаются слоями и настраиваются так, чтобы каждый из них абсорбировал свой электромагнитный спектр.
Такие элементы намного дороже в производстве, поэтому их применяют только в узких сферах, к примеру, в спутниках, где вес играет большое значение. Элементы университета Масдара и МТИ гораздо дешевле, потому что делаются на основе платы, которую можно использовать повторно.
Верхний слой собирает высокоэнергетические фотоны синего, зеленого и желтого света, а нижний слой — низкоэнергетические (красный свет).
«Фосфид галлия арсенид нельзя вырастить прямо на кремнии, потому что его кристаллическая решетка существенно отличается от кремниевой, так что кристаллы кремния распадаются. Поэтому мы вырастили фосфид галлия арсенид на более стабильной кремниево-германиевой основе», — сказал профессор Найфех.
Ученые считают, что их изобретение займет место между сверхвысокоэффективными и низкоэффективными солнечными элементами. Когда эта пустующая сейчас ниша будет занята, стоимость производства таких элементов должна со временем упасть еще ниже.
