Есть конспект?
Пришлите нам!

Американские ученые смогли понять принцип разрушения солнечных элементов и теперь работают над созданием новых материалов, стойких к воздействию света


Ученые из U.S. Department of Energy's Ames Laboratory при Центре Микроэлектроники Государственного Университета Штата Айова, возможно, решили проблему, которая мучила исследователей всего мира в течение более 20 лет: Почему солнечные элементы ухудшаются под воздействием прямого солнечного света? Обнаружение ответа на тот вопрос существенно продвинет исследования солнечных элементов в направлении к реализации способности воспроизводить электричество меньшей себестоимости от солнечного света.

"Основная проблема состоит в том, что когда Вы помещаете солнечные элементы под воздействие прямого солнечного света, эффективность работы солнечных модулей снижается на 15-20 процентов в течение нескольких дней", сказала Рана Бисвас, физик U.S. Department of Energy's Ames Laboratory. "Очевидно, это неэффективно настолько, чтобы можно было бы думать о замене солнечными электростанциями все существующие."

Традиционные солнечные элементы, выполненные из гидрированного аморфного кремния, а непрозрачная форма кремния, поглощает свет намного более эффективно, чем традиционные прозрачные элементы. "Вместо толстого, прозрачного кремниевого слоя в 20 микрон, вы можете иметь дело только с очень тонким, полумикронным аморфным кремниевым слоем", сказал Бисвас. "Эти элементы более рентабельны, поскольку они требуют намного меньше материала и времени обработки. Однако, хотя аморфный кремний поглощает свет очень эффективно, он страдает от разрушения под воздействием самого света."

Бисвас и ее сотрудники изучали этот негативный эффект разрушения, также известный как эффект Стеблера-Вронского, в течение последних нескольких лет. Исследовалось происхождение эффекта Стеблера-Вронского на атомарном уровне и последующего исследования по подбору всевозможных новых материалов для производства из них солнечных элементов, посредством проверки компьютерным моделированием молекулярной динамики.

Проблема очень долго оставалась нерешенной. Но вот теперь Бисвас и ее сотрудники, Бисаи Пан и Июинг Йе, смогли отчасти справиться с данной проблемой посредством трехшаговой атомной модели, анализирующей соединения химэлементов. Модель базируется на перестановках кремниевых и водородных атомов в гидрированном аморфном кремниевом материале. В первом шаге, солнечный свет создает возбужденные электроны и отверстия в материале. Когда происходит рекомбинирование электронов слабая кремниевая связь ломается, и свободные электроны связывают изолированные химические пары.

В течение второго шага, блуждающие связи разбивают ненасыщенные (свободные) связи и начинают свободное движение по всему материалу, воздействуя и закрепляясь на соседний атом кремния другого соединения. Третий шаг показывает, что блуждающие связи таким путем очень быстро исчезают. Одни посредством рекомбинации с кремнием других соединений, что впрочем не оказывает никаких негативных дефектов на материал. Другие осуществляют "скачок" далеко от свободных связей и уничтожаются под воздействием атомов водорода, когда те занимают свободные связи молекулы кремниевого соединения.

Это показывает, что к созданию дефекта в гидрированных аморфных кремниевых солнечных элементах первоначально приводит ломка слабых кремниевых связей, сопровождаемых рекомбинацией и кремниевых и водородных участков в материале.

Данное исследование представляет собой существенное достижение в понимании природы происхождения эффекта деградации гидрированного аморфного кремния, вызванного светом, и этим обеспечивает отправную точку начала серии новых работ по нахождению мер, направленных на то, чтобы устранить этот эффект и создать новые материалы и солнечные элементы на их основе.

Чтобы улучшать эффективность и надежность солнечных элементов Бисвас и его сотрудники пробуют создавать слой из нанокристаллов кремния, вложенных в аморфную матрицу с тем, чтобы создать как бы границу на пути взаимодействия водорода с кремниевыми соединениями. Эти материалы и солнечные элементы на их основе будут иметь большую стабильность к воздействию солнечного света, чем традиционный аморфный материал.

Информация для контакта:


Dr.BoT© Konspektiruem.ru