Un grupo de científicos de San Petersburgo ha propuesto y probado experimentalmente una tecnología para la fabricación de células solares de alta eficiencia basadas en semiconductores A3B5 integrados en un sustrato de silicio. que en el futuro puede aumentar la eficiencia de los convertidores fotovoltaicos de unión simple existentes en 1,5 veces. El desarrollo de la tecnología fue pronosticado por el premio Nobel Zhores Alferov. Los resultados se han publicado en la revista Materiales de energía solar y células solares .

Hoy dia, con el rápido agotamiento de las reservas de combustible de hidrocarburos y una creciente preocupación por los problemas ambientales, los científicos están prestando cada vez más atención al desarrollo de las llamadas "tecnologías verdes". Uno de los temas más populares en el campo es el desarrollo de tecnologías de energía solar.

Sin embargo, El uso más amplio de los paneles solares se ve obstaculizado por una serie de factores. Las células solares de silicio convencionales tienen una eficiencia relativamente baja, menos del 20%. Las tecnologías más eficientes requieren tecnologías de semiconductores mucho más complejas, lo que aumenta significativamente el precio de las células solares.

Los científicos de San Petersburgo han propuesto una solución a este problema. Los investigadores de la Universidad ITMO, La Universidad Académica de San Petersburgo y el Instituto Ioffe demostraron que las estructuras A3B5 se pueden cultivar en un sustrato de silicio económico, proporcionando una disminución en el precio de las células solares de unión múltiple.

"Nuestro trabajo se centra en el desarrollo de células solares eficientes basadas en materiales A3B5 integrados en sustrato de silicio, "comenta Ivan Mukhin, un investigador de la Universidad ITMO, jefe de laboratorio de la Universidad Académica y coautor del estudio.

"La principal dificultad en la síntesis epitaxial sobre sustrato de silicio es que el semiconductor depositado debe tener el mismo parámetro de red cristalina que el silicio. En términos generales, los átomos de este material deben estar a la misma distancia entre sí que los átomos de silicio. Desafortunadamente, hay pocos semiconductores que cumplen con este requisito; un ejemplo es el fosfuro de galio (GaP). Sin embargo, no es muy adecuado para la fabricación de células solares ya que tiene una pobre propiedad de absorción de la luz solar. Pero si tomamos GaP y agregamos nitrógeno (N), obtenemos una solución de GaPN. Incluso a bajas concentraciones de N, este material demuestra la propiedad de banda directa y es excelente para absorber la luz, además de tener la capacidad de integrarse sobre un sustrato de silicio. Al mismo tiempo, El silicio no solo sirve como material de construcción para las capas fotovoltaicas, sino que también puede actuar como una de las capas fotoactivas de una célula solar. absorbiendo luz en el rango infrarrojo. Zhores Alferov fue uno de los primeros en expresar la idea de combinar estructuras ASB5 y silicio ".

Trabajando en el laboratorio, los científicos pudieron obtener la capa superior de la celda solar, integrado sobre un sustrato de silicio. Con un aumento de las capas fotoactivas crece la eficiencia de la célula solar, ya que cada capa absorbe su parte del espectro solar.

A partir de ahora, los investigadores han desarrollado el primer pequeño prototipo de una célula solar basada en el A3B5 sobre sustrato de silicio. Ahora están trabajando en el desarrollo de la célula solar que estaría formada por varias capas fotoactivas. Estas células solares serán significativamente más efectivas para absorber la luz solar y generar electricidad.

"Hemos aprendido a cultivar la capa superior. Este sistema de material también se puede utilizar potencialmente para capas intermedias. Si agrega arsénico, se obtiene una aleación de GaPNA cuaternaria, ya partir de él se pueden cultivar varias uniones que operan en diferentes partes del espectro solar sobre un sustrato de silicio. Como se demostró en nuestro trabajo anterior, la eficiencia potencial de tales células solares puede exceder el 40% bajo concentración de luz, que es 1,5 veces más alto que el de las tecnologías modernas de Si, "concluye Ivan Mukhin.