Прагнення до постійного підвищення ефективності перетворення сонячної енергії призвело до досліджень, що виходять за межі традиційних сонячних батарей на основі кремнію з pn-переходом. Одним із перспективних напрямків є сонячні батареї на діодах Шотткі, які пропонують унікальний підхід до поглинання світла та виробництва електроенергії.
Розуміння основ
Традиційні сонячні елементи використовують pn-перехід, де зустрічаються позитивно заряджені (p-тип) і негативно заряджені (n-тип) напівпровідники. Навпаки, сонячні елементи на діодах Шотткі використовують перехід метал-напівпровідник. Це створює бар’єр Шотткі, утворений різними рівнями енергії між металом і напівпровідником. Світло, що потрапляє на клітину, збуджує електрони, дозволяючи їм перетинати цей бар’єр і створювати електричний струм.
Переваги сонячних батарей на діодах Шотткі
Сонячні батареї на діодах Шотткі пропонують кілька потенційних переваг перед традиційними елементами pn-переходу:
Економічне виробництво: Елементи Шотткі, як правило, простіші у виробництві порівняно з елементами pn-переходу, що потенційно може призвести до зниження витрат на виробництво.
Покращене захоплення світла: металевий контакт у клітинах Шотткі може покращити захоплення світла всередині клітини, забезпечуючи більш ефективне поглинання світла.
Швидший транспорт заряду: бар’єр Шотткі може сприяти швидшому руху фотогенерованих електронів, потенційно підвищуючи ефективність перетворення.
Дослідження матеріалу для сонячних елементів Шотткі
Дослідники активно досліджують різні матеріали для використання в сонячних елементах Шотткі:
Селенід кадмію (CdSe): хоча поточні CdSe-елементи Шотткі демонструють скромну ефективність, близько 0,72%, прогрес у техніках виготовлення, таких як електронно-променева літографія, обіцяє майбутні вдосконалення.
Оксид нікелю (NiO): NiO є перспективним матеріалом p-типу в елементах Шотткі, досягаючи ефективності до 5,2%. Його властивості широкої забороненої зони покращують поглинання світла та загальну продуктивність клітини.
Арсенід галію (GaAs): GaAs-елементи Шотткі продемонстрували ефективність, що перевищує 22%. Однак для досягнення цієї продуктивності потрібна ретельно розроблена структура метал-ізолятор-напівпровідник (MIS) з точно контрольованим шаром оксиду.
Виклики та майбутні напрямки
Незважаючи на свій потенціал, сонячні батареї на діодах Шотткі стикаються з деякими проблемами:
Рекомбінація: рекомбінація електронно-діркових пар у клітині може обмежити ефективність. Щоб мінімізувати такі втрати, необхідні подальші дослідження.
Оптимізація висоти бар'єру: висота бар'єру Шотткі значно впливає на ефективність. Важливо знайти оптимальний баланс між високим бар’єром для ефективного розділення зарядів і низьким бар’єром для мінімальних втрат енергії.
Висновок
Сонячні елементи на діодах Шотткі мають величезний потенціал для революційного перетворення сонячної енергії. Їх простіші методи виготовлення, покращені можливості поглинання світла та швидші механізми транспортування заряду роблять їх перспективною технологією. Оскільки дослідження глибше заглиблюються в стратегії оптимізації матеріалів і рекомбінації, ми можемо очікувати, що сонячні батареї з діодами Шотткі стануть значним гравцем у майбутньому виробництві чистої енергії.
Час публікації: 13 червня 2024 р