Команда ученых Лундского университета (Швеция) сконструировала антенны для сбора солнечного излучения.
Как заявили исследователи, им удалось сконструировать новые солнечные элементы - небольшие антенны из нанопроволоки, созданной с использованием трех различных материалов, которые лучше соответствуют солнечному спектру, чем современные кремниевые солнечные элементы.
Ранее ученые того же университета сообщили, что создали фотоэлектрические нанопровода, состоящие из трех разных материалов, которые реагируют на разные части солнечного света. Результаты были исследований опубликованы в Materials Today Energy.
В настоящий момент над созданием солнечных элементов с нанопроволокой работает около десяти исследовательских групп из разных стран. Целью исследований является значительное повышение эффективности - примерно вдвое по сравнению с существующими кремниевыми солнечными элементами. Легкая нанопроволока требует небольшого количества материала на единицу площади, а в космосе, где эффективность в сочетании с небольшим весом является одним из самых важных факторов это немаловажно.
Как отмечают авторы работы, кремниевые солнечные элементы почти достигли своего предела эффективности, поэтому акцент в разработках сместился на создание тандемных солнечных элементов – элементов, состоящих из материалов с разной шириной запрещенной зоны. Одним из способов создания таких элементов является синтез различных полупроводниковых материалов, которые поглощают разные части солнечного спектра.
Тандемные солнечные элементы могут создаваться на основе кремния методом укладки тонких пленок из светопоглощающих материалов поверх кремния. Физики из Лунда разработали собственный метод, в котором вместо пленки используются тонкие стержни из полупроводникового материала, которые выстраиваются на подложке. Преимуществом такого подхода является уменьшение количества затрат. На нанометровых стержнях, состоящих из индия, мышьяка, галлия и фосфора, исследователям удалось достигнуть эффективности в 47%. Для достижения большей эффективности потребуется больше запрещенных зон, поэтому на очередном этапе планируется оптимизировать тройные диоды, улучшить туннельные переходы, соединяющие различные материалы, и уменьшить влияние поверхности нанопроволок. Кроме увеличения эффективности при поглощении света, новые солнечные элементы из стержней отличаются своей долговечностью, поскольку они могут лучше противостоять космическому излучению, чем тандемные солнечные элементы на основе пленки.
Новые солнечные элементы из нанопроволоки будут протестированы на исследовательском спутнике Калифорнийского технологического института, который был выведен на орбиту в начале января 2023 года. Спутник будет находиться на орбите в около пяти месяцев, в течение которых исследователи рассчитывают получать результаты тестов на постоянной основе.
Прежде всего технология будет разрабатываться для космической отрасли, поскольку «большая часть нашей цифровой связи контролируется спутниками, которые питаются от солнечных батарей», но в долгосрочной перспективе тандемные солнечные элементы также появятся и в обыденной жизни людей.
