Um grupo de cientistas de São Petersburgo propôs e testou experimentalmente uma tecnologia para a fabricação de células solares de alta eficiência com base em semicondutores A3B5 integrados em um substrato de silício, que no futuro pode aumentar a eficiência dos conversores fotovoltaicos de junção única existentes em 1,5 vez. O desenvolvimento da tecnologia foi previsto pelo Prêmio Nobel Zhores Alferov. Os resultados foram publicados na revista Materiais de energia solar e células solares .

Hoje, com o rápido esgotamento das reservas de combustível de hidrocarbonetos e uma crescente preocupação com as questões ambientais, os cientistas estão prestando cada vez mais atenção ao desenvolvimento das chamadas "tecnologias verdes". Um dos tópicos mais populares na área é o desenvolvimento de tecnologias de energia solar.

Contudo, o uso mais amplo dos painéis solares é dificultado por uma série de fatores. As células solares de silício convencionais têm uma eficiência relativamente baixa - menos de 20%. Tecnologias mais eficientes requerem tecnologias de semicondutores muito mais complexas, o que aumenta significativamente o preço das células solares.

Os cientistas de São Petersburgo propuseram uma solução para esse problema. Os pesquisadores da ITMO University, A St. Petersburg Academic University e o Ioffe Institute mostraram que as estruturas A3B5 podem ser cultivadas em um substrato de silício barato, proporcionando redução no preço das células solares de multijunção.

"Nosso trabalho se concentra no desenvolvimento de células solares eficientes baseadas em materiais A3B5 integrados em substrato de silício, "comenta Ivan Mukhin, um pesquisador da ITMO University, chefe de um laboratório da Universidade Acadêmica e co-autor do estudo.

“A principal dificuldade na síntese epitaxial em substrato de silício é que o semicondutor depositado deve ter o mesmo parâmetro de rede cristalina do silício. A grosso modo, os átomos desse material devem estar à mesma distância uns dos outros que os átomos de silício. Infelizmente, existem poucos semicondutores que atendem a esse requisito - um exemplo é o fosfeto de gálio (GaP). Contudo, não é muito adequado para a fabricação de células solares, pois tem uma propriedade pobre de absorção de luz solar. Mas se tomarmos GaP e adicionarmos nitrogênio (N), obtemos uma solução de GaPN. Mesmo em baixas concentrações de N, este material demonstra a propriedade de banda direta e é ótimo para absorver luz, além de ter a capacidade de ser integrado a um substrato de silício. Ao mesmo tempo, o silício não serve apenas como material de construção para as camadas fotovoltaicas - ele próprio pode atuar como uma das camadas fotoativas de uma célula solar, absorvendo luz na faixa do infravermelho. Zhores Alferov foi um dos primeiros a expressar a ideia de combinar estruturas ASB5 e silício. "

Trabalhando no laboratório, os cientistas conseguiram obter a camada superior da célula solar, integrado em um substrato de silício. Com um aumento das camadas fotoativas, a eficiência da célula solar cresce, à medida que cada camada absorve sua parte do espectro solar.

A partir de agora, os pesquisadores desenvolveram o primeiro pequeno protótipo de uma célula solar baseada no A3B5 em substrato de silício. Agora eles estão trabalhando no desenvolvimento da célula solar que consistiria em várias camadas fotoativas. Essas células solares serão significativamente mais eficazes na absorção da luz solar e na geração de eletricidade.

"Aprendemos a aumentar a camada superior. Este sistema de material também pode ser usado para camadas intermediárias. Se você adicionar arsênico, você obtém liga de GaPNAs quaternários, e a partir dele várias junções operando em diferentes partes do espectro solar podem crescer em um substrato de silício. Conforme demonstrado em nosso trabalho anterior, a eficiência potencial de tais células solares pode exceder 40% sob concentração de luz, que é 1,5 vezes maior do que as tecnologias modernas de Si, "conclui Ivan Mukhin.