Новый полупроводниковый материал повысит эффективность солнечных батарей

Ученые из национальной лаборатории Беркли создали новый полупроводниковый материал, с помощью которого эффективность солнечных батарей может быть увеличена до 45%.

Обычные солнечные батареи работают только в узкой области спектра, что существенно снижает эффективность их работы. Они поглощают свет с длиной волны, соответствующей энергии, которая требуется электрону для перехода из валентной зоны в зону проводимости. Фотоны с меньшими энергиями проходят сквозь материал, не взаимодействуя с ним.

Новый полупроводниковый материал может использовать для выработки электричества и низкоэнергетичные фотоны. При этом эффективность солнечных батарей повышается до 45%. Для обычных солнечных батарей она составляет 25%, для батарей, созданных на основе многослойных полупроводниковых структур, - 39%.

Новый материал содержит три энергетические зоны, а не две, как обычный полупроводник. Дополнительная энергетическая зона находится ниже зоны проводимости и расщепляет зазор между валентной зоной и зоной проводимости на две части. «Таким образом, низкоэнергетичные фотоны тоже включаются в процесс, переводя электроны из валентной зоны в промежуточную и дальше. Это похоже на то, как человек переправляется через реку, перепрыгивая с камня на камень», - комментирует руководитель исследования д-р Владек Валукьевич (Wladek Walukiewicz).

Ученые обнаружили, что при добавлении нескольких атомов кислорода к сплаву цинка-марганца-теллура (ZnMnTe) происходит расщепление его зоны проводимости на две части. Аналогичный эффект наблюдался при добавлении азота к арсениду и фосфиду галлия.

Самой сложной технической задачей было введение атомов кислорода в сплав. Для этой цели ученые использовали два лазерных луча, с помощью которых расплавляли металл.