Наноотверстия позволят на 200% увеличить КПД солнечных элементов

Солнечный свет, отраженный от гладкой поверхности солнечных элементов, теряется впустую. Крылья бабочки парусника кирказонового (Pachliopta aristolochiae), внешне полностью черные, покрыты наноотверстиями, которые помогают абсорбировать свет. Ученые обратили внимание на эти структуры и решили воспроизвести их в слое кремния, покрывающем тонкую как пленка солнечную ячейку.

Последующий анализ абсорбции света дал многообещающие результаты: по сравнению с гладкой поверхностью коэффициент поглощения перпендикулярно падающего света вырос на 97% и продолжал постепенно расти до 207% при угле падения в 50 градусов. «Это особенно интересно для европейских условий. Обычно у нас рассеянный свет, который падает на солнечные элементы под вертикальным углом», — говорит Хендрик Хёльшер, руководитель команды ученых.

Однако, это не значит, что производительность фотоэлементов также возрастет в три раза, поскольку важное значение имеют и другие факторы. 200% — это теоретический лимит КПД, отмечает Гильом Гомар, один из исследователей.

Прежде чем перенести наноструктуры на солнечные элементы, исследователи определили диаметр и расположение наноотверстий в крыле бабочки, просканировав его электронным микроскопом. Затем они проанализировали коэффициент абсорбции света для различных схем расположения отверстий, проведя компьютерную симуляцию, и обнаружили, что наиболее стабильный коэффициент абсорбции дает неупорядоченное расположение отверстий различного диаметра. Такую структуру они и перенесли на слой фотоэлемента, отверстия в котором различались по диаметру от 133 до 343 нм, сообщает EurekAlert.

Прорыва в производстве полупрозрачных и гибких солнечных элементов в 1 атом толщиной добились недавно японские ученые. Их разработка достигла наивысшей для этого класса элементов производительности — 0,7%.