Търсенето на непрекъснато нарастваща ефективност при преобразуването на слънчевата енергия доведе до изследвания отвъд традиционните базирани на силиций pn преходни соларни клетки. Един обещаващ път се крие в диодните соларни клетки на Шотки, предлагащи уникален подход към абсорбцията на светлина и генерирането на електричество.
Разбиране на основите
Традиционните слънчеви клетки разчитат на pn прехода, където се срещат положително зареден (p-тип) и отрицателно зареден (n-тип) полупроводник. За разлика от това, слънчевите клетки с диод на Шотки използват връзка метал-полупроводник. Това създава бариера на Шотки, образувана от различните енергийни нива между метала и полупроводника. Светлината, удряща клетката, възбужда електроните, което им позволява да прескочат тази бариера и да допринесат за електрически ток.
Предимства на слънчевите клетки с диод на Шотки
Соларните клетки с диод на Шотки предлагат няколко потенциални предимства пред традиционните клетки с pn преход:
Рентабилно производство: Клетките на Шотки обикновено са по-лесни за производство в сравнение с клетките с pn преход, което потенциално води до по-ниски производствени разходи.
Подобрено улавяне на светлина: Металният контакт в клетките на Шотки може да подобри улавянето на светлината в клетката, позволявайки по-ефективно поглъщане на светлина.
По-бърз транспорт на заряда: Бариерата на Шотки може да улесни по-бързото движение на фото-генерираните електрони, което потенциално повишава ефективността на преобразуване.
Изследване на материали за слънчеви клетки на Шотки
Изследователите активно изследват различни материали за използване в слънчеви клетки на Шотки:
Кадмиев селенид (CdSe): Докато настоящите CdSe клетки на Шотки показват скромна ефективност около 0,72%, напредъкът в техниките за производство като електронно-лъчева литография предлага обещание за бъдещи подобрения.
Никелов оксид (NiO): NiO служи като обещаващ p-тип материал в Шотки клетки, постигайки ефективност до 5,2%. Свойствата му на широка лента подобряват абсорбцията на светлина и цялостната производителност на клетката.
Галиев арсенид (GaAs): GaAs клетките на Шотки са показали ефективност над 22%. Постигането на тази производителност обаче изисква внимателно проектирана структура метал-изолатор-полупроводник (MIS) с прецизно контролиран оксиден слой.
Предизвикателства и бъдещи насоки
Въпреки потенциала си, соларните клетки с диод на Шотки са изправени пред някои предизвикателства:
Рекомбинация: Рекомбинацията на двойки електрон-дупка в клетката може да ограничи ефективността. Необходими са допълнителни изследвания, за да се сведат до минимум тези загуби.
Оптимизиране на височината на бариерата: Височината на бариерата на Шотки значително влияе върху ефективността. Намирането на оптимален баланс между висока бариера за ефективно разделяне на заряда и ниска бариера за минимална загуба на енергия е от решаващо значение.
Заключение
Соларните клетки с диод на Шотки притежават огромен потенциал за революционно преобразуване на слънчевата енергия. Техните по-прости методи за производство, подобрени възможности за поглъщане на светлина и по-бързи механизми за транспортиране на заряда ги правят обещаваща технология. Тъй като изследванията се задълбочават в стратегиите за оптимизиране на материалите и смекчаване на рекомбинацията, можем да очакваме да видим соларните клетки с диод на Шотки да се появят като важен играч в бъдещето на генерирането на чиста енергия.
Време на публикуване: 13 юни 2024 г