Крошечные сферы захватывают свет
Tiny spheres capture light
Нанооболочки могут улучшить фотоэлементы
Ученые в США сообщили о новом способе увеличения количества света, поглощаемого тонкопленочными материалами солнечных батарей. Новая технология основана на идее «шепчущей галереи», примененной к свету, когда свет оказывается в ловушке внутри крошечной сферы, изготовленной из кремния. В результате это может привести к более эффективным солнечным батареям, утверждает группа исследователей.
Нанокристаллический кремний может оказаться идеальным для изготовления фотоэлектрических устройств, поскольку он является прекрасным проводником электричества и может выдерживать солнечное излучение без повреждений. Однако, есть проблема: кремний не очень эффективно поглощает свет. Приходиться создавать многослойный материал, чтобы увеличить количество поглощенного света - процесс, который, и занимает много времени, и дорогой.
Теперь, Уи Кюи (Yi Cui) и его коллеги из Стэнфордского университета показали, что наносферы из кремния могут проложить более быстрый и более дешевый путь для производства солнечных батарей. Полость внутри такой конструкции захватывает свет, как звук в «шепчущей галерее», в результате полного внутреннего отражения. «Свет эффективно попадает в ловушку в этих полых оболочках», объясняет Кюи. «Он циркулирует по кругу, а не просто проходит материал, и это очень желательно для солнечных систем, потому что свет дольше остается в материале и тем лучше будет его поглощение».
Кремниевые шарики
Исследователи создали свои наносферы, сначала изготовив шарики из кремнезема размером всего лишь в 50 нм и покрыв их слоем кремния. Затем они вытравили стекло в центре оболочки плавиковой кислотой. Кислота не попадает на окружающих слой кремния, и такая технология производит светочувствительную сферу из кремния.
Наносферы могут быть изготовлены в течение нескольких минут. В отличие от плоской пленки микрометровой толщины из твердого нанокристаллического кремния с эквивалентными светопоглощающими свойствами, изготовление которой займет несколько часов. Наносферы к тому же поглощают свет в более широком спектре, чем плоский слой кремния.
И это еще не все: необходимо значительно меньшее количество материала, чтобы изготовить наносферу по сравнению с плоской плитой кремния - около 5%, в соот-ветствии с заявлениями Кюи и его сотрудников. Это то, что очевидно могло бы, снизить затраты на обработку. «Заглядывая вперед, именно то, что требуется значительно меньше материала, чтобы сделать эти наносферы и может пригодиться при изготовлении многих других типов тонкопленочных ячеек, которые используют редкие и более дорогие материалы, такие как теллур, индий», сказал он для
physicsworld.com
.
Новые приложения
Наносферы также довольно нечувствительны к углу падения входящего солнечного света, и слои можно сгибать и скручивать не нарушая их свойств. «Все эти факторы могут открыть множество новых приложений, в ситуациях, когда оптимальный угол экспозиции Солнца не всегда возможен», добавляет Кюи. «Представьте себе солнечный парус в открытом море или фотоэлектрическую одежду для альпинизма, например».
Выполнив подробные теоретические расчеты наносфер, исследователи в настоящее время заняты изготовлением реальных элементов из кремния. «Мы также изучаем структуры, чтобы увидеть, могут ли они быть также хорошо использованы в других областях, таких как солнечное топливо и фотоприемники" замечает, Кюи.