Ouk Ridžo nacionalinės laboratorijos (JAV) tyrėjams pavyko sukurti trimačių nanokūgių pagrindu veikiančią saulės elementų platformą, kuri užtikrina apie 80 procentų didesnį fotovoltinių elementų efektyvumą.

Naujoji technologija yra pajėgi iš esmės išspręsti krūvininkų, kuriuos sukuria saulės spinduliuojami fotonai, pernašos problemą. Sukurtuosius krūvininkus – neigiamus elektronus ir teigiamas skyles – paprastai gerokai pristabdo giluminiai ir paviršiniai medžiagų defektai.

„Tam, kad įveiktume defektų, mažinančių saulės elementų efektyvumą, problemą, mes sukūrėme nanokūgio pagrindu veikiantį saulės elementą, sugalvojome, kaip jį susintetinti, ir galiausiai įvertinome padidėjusį krūvininkų surinkimo efektyvumą“, – pasakoja tyrimui vadovavęs Junas Chu (Jun Xu).

Naująją konstrukciją sudaro elektroninio laidumo (angl. n – type) nanokūgiai, apsupti skylinio laidumo (angl. p – type) puslaidininkiu. Elektroninio laidumo nanokūgius savo ruožtu sudaro cinko oksidas, o skylinio laidumo matricą – polikristalinis kadmio telūridas. Pirmasis elementas atlieka sandūros ir elektronų laidininko, o antrasis pirminės fotonų sugerties terpės ir skylių laidininko funkciją.

Naudodami sukurtąją struktūrą, J. Chu su kolegomis laboratorijos masteliu sugebėjo pasiekti 3.2 procento šviesos į elektros energiją keitimo efektyvumą, kuris yra ganėtinai didelis, palyginus su įprastu 1.8 procentu efektyvumu, kuriuo pasižymi tos pačios medžiagos, turinčios plokštuminę sandarą.

„Mes sukūrėme trimatę struktūrą, nes ši pasižymi vidiniu elektriniu lauku, kuris leidžia pasiekti veiksmingesnę krūvių pernašą ir geresnį saulės šviesos pavertimo elektros energija efektyvumą“, – prideda mokslininkas.

Pagrindinės saulės elemento savybės, kurios patraukė tyrėjų dėmesį, yra unikalus vidinis elektrinis laukas, užtikrinantis efektyvią krūvių pernašą, nebrangi nanokūgių sintezė bei minimalus puslaidininkių defektų kiekis. Mažesnis defektų kiekis leidžia pasiekti geresnes elektrines ir optines savybes, būtinas veiksmingam tokios rūšies įtaisų funkcionavimui.

Dėl veiksmingos krūvių pernašos naujasis saulės elementas gali veikti su nemažą defektų kiekį turinčiomis medžiagomis, o tai leidžia sumažinti naujos kartos saulės elementų kainą.

„Mūsų išradimas svarbus tuo, kad nanokūgiai sukuria stiprų elektrinį lauką sandūrų aplinkoje, o tai leidžia efektyviai atskirti, injektuoti ir surinkti krūvininkus, todėl pasiekiamas didesnis efektyvumas, lyginant su įprastiniais plokštuminiais elementais, pagamintais iš tų pačių medžiagų“, – apibendrina tyrėjas.

Paveikslėlyje: nanokūgio pagrindu veikiantis saulės elementas yra sudarytas iš elektroninio laidumo nanokūgių, skylinio laidumo matricos, permatomo laidaus oksido (TCO) ir stiklo padėklo.