Nanomateriały w ulepszonych ogniwach słonecznych
Wiele warstw nanokryształów krzemowych w matrycy dielektrycznej pozwala na wytwarzanie pasma wzbronionego poprzez kontrolowanie wielkości i gęstości nanokryształów. Dzięki temu możliwie jest wytwarzanie ogniw słonecznych o optymalnym paśmie wzbronionym, w tym struktur tandemowych. Łączą one kilka ogniw o różnych pasmach absorpcyjnych i zbudowane są z nietoksycznych, powszechnie dostępnych materiałów kompatybilnych z technologią przetwarzania krzemu. W ramach finansowanego ze środków UE projektu "Silicon nanodots for solar cell tandem" (NASCENT) zbudowano nowe, całkowicie krzemowe tandemowe ogniwa słoneczne z materiałem o dostrajanym paśmie, pełniącym rolę górnego absorbera światła słonecznego. Na potrzeby absorbera stworzono specjalne kropki kwantowe wykonane z nanokryształów krzemowych. Zrozumienie mechanizmów transportu elektrycznego i rekombinacji w tych nowych nanomateriałach było niezbędne do zbudowania odpowiednich tandemowych struktur ogniw słonecznych. W tym celu naukowcy użyli zaawansowanych metod modelowania i charakteryzowania aktywnych nanokryształów krzemowych i materiału matrycy. Dzięki nim mogli lepiej zrozumieć zależność między parametrami wzrostu, właściwościami elektrycznymi i optycznymi materiału oraz właściwościami urządzenia. Informacje te wykorzystano do poprawy jakości materiału z kropek kwantowych poprzez opracowanie bardziej efektywnych metod obróbki po osadzeniu (usuwanie defektów i pasywacja wodoru) warstw absorbera. Pomogły też w udoskonaleniu procesów hodowania materiału, co pozwoliło na uzyskanie dużo mniejszej liczby defektów. Omawiany projekt doprowadził do stworzenia demonstracyjnego ogniwa słonecznego. Naukowcom udało się określić wpływ nowo opracowanych technologii na efektywność kosztową ogniw słonecznych. W praktyce, nowe ogniwa słoneczne przezwyciężą ograniczenia wydajności ogniw konwencjonalnych, wynoszące 20%. Z kolei większa wydajność doprowadzi do ograniczenia emisji CO2 i poprawy jakości powietrza w UE.
Słowa kluczowe
Nanomateriał, ogniwo słoneczne, krzem, nanokryształ, matryca dielektryczna, technologia pasma wzbronionego, budowa tandemowa, nanokropka krzemowa, kropka kwantowa, usuwanie defektów, pasywacja wodoru, hodowanie materiału
