Silicis yra plačiai naudojamas, itin stabilus, nekenksmingas ir jį lengva apdirbti, tad visai nenuostabu, jog šis puslaidininkis yra viena iš tinkamiausių medžiagų saulės elementų gamybai. Vis dėlto tam, kad saulės elementai būtų kuo efektyvesni, reikia labai aukštos kokybės ir grynumo silicio – tai neabejotinai didina atsinaujinančios energetikos technologijų kainą.
Silicis yra plačiai naudojamas, itin stabilus, nekenksmingas ir jį lengva apdirbti, tad visai nenuostabu, jog šis puslaidininkis yra viena iš tinkamiausių medžiagų saulės elementų gamybai. Vis dėlto tam, kad saulės elementai būtų kuo efektyvesni, reikia labai aukštos kokybės ir grynumo silicio – tai neabejotinai didina atsinaujinančios energetikos technologijų kainą.
Vienas iš galimų šios problemos sprendimo būdų yra naudoti mikroskopines plonąsias silicio plėveles, kurių paviršius yra specialiai paruoštas didesnei šviesos sugerčiai. Visai neseniai Mikroelektronikos instituto (Singapūras) fizikas Navabas Singhas (Navab Singh) kartu su kolegomis išskyrė kelis pagrindinius veiksnius, turinčius daugiausia įtakos tekstūra padengtų plonųjų plėvelių saulės elementų efektyvumui. Tyrėjai taip pat sugalvojo nanostulpelių konstrukciją, kuri gerokai padidina šviesos sugertį ir sumažina gamybos kaštus.
Šiuo metu geriausi plonųjų plėvelių silicio saulės elementai pasižymi efektyvumu, kuris siekia vos pusę įprastinio tūrinio silicio saulės elementų pasiekiamo efektyvumo.
„Tyrinėdami įvairias vertikaliųjų nanostulpelių konstrukcijas, mes galime padidinti plonųjų plėvelių šviesos sugerties efektyvumą, kuris atsvertų efektyvumą sumažėjimą, sukeltą prastesnės medžiagos kokybės ir mažesnio jos kiekio“, – tikina mokslininkas.
Tyrėjai išnagrinėjo įvairius veiksnius, kurie gali turėti įtakos plonųjų plėvelių saulės elementų veikimui. Į šių veiksnių sąrašą įeina nanostulpelių skersmuo ir ilgis, taip pat atstumas tarp kaimyninių nanostulpelių. Lygiai taip pat svarbus yra ir teigiamai bei neigiamai įkrautų sluoksnių išsidėstymas saulės elemente – šie sluoksniai reikalingi tam, kad būtų galima atskirti sugertosios šviesos sužadintus krūvininkus.
Tyrėjų modeliavimas parodė, jog išorinėse stulpelių sienelėse esančių neigiamai įkrautų sluoksnių storis turėtų būti kuo mažesnis tam, kad būtų sušvelninta vadinamoji parazitinė sugertis – šviesos sukurtų krūvininkų anihiliacija, įvykstanti prieš jiems kertant sluoksnių sandūrą, kur jie prisideda prie elektrinės galios kūrimo. Mokslininkai taipogi išsiaiškino, kad ašinė sandūros konstrukcija, kai teigiamų ir neigiamų sluoksnių sandūra yra izoliuojama stulpelių viršūnėse, leidžia pasiekti aukštesnę atvirosios grandinės įtampą, jeigu ją palyginsime su įprastesne spindulinės sandūros struktūra, kurioje neigiamas sluoksnis dengia visą stulpelį. Paaiškėjo, kad atvirkštinis variantas galioja atvirosios grandinės srovei.
N. Singhas kartu su kolegomis atskleidė, jog tam, kad būtų optimizuota tekstūra padengtų plonųjų plėvelių saulės elementų konstrukcija, didinanti prietaiso efektyvumą, reikia pasiekti tokių veiksnių pusiausvyrą. Naujosios struktūros galiausiai leistų sukurti plonųjų plėvelių saulės elementus, kurie savo veikimo efektyvumu prilygtų kur kas brangesniems monokristalinio silicio saulės elementams.
Paveikslėlyje: skenuojančiu tuneliniu mikroskopu gautas vaizdas, kuriame atskleidžiama silicio nanostulpelių, išdėstytų ant plonosios plėvelės, sandara.
