Российские ученые создали новый материал на основе черного кремния, покрытого силицидом магния (Mg₂Si). Он демонстрирует отличные антиотражающие и светопоглощающие (до 96% падающего света) свойства в широком спектральном диапазоне. Это критично важно для создания солнечных элементов и инфракрасных фотодетекторов нового поколения с повышенной энергоэффективностью.
В основе солнечной энергетики — использование солнечных элементов, преобразующих энергию падающих фотонов в электрический ток. Самый популярный материал для создания солнечных элементов — кремний, а особенно перспективна его так называемая черная форма. Это кристалл с наноконусами на поверхности: такая структура способна хорошо поглощать свет и лишь незначительно его отражать, что и обусловливает ее цвет. Однако из-за особенностей энергетической структуры (диапазона возможных энергий электронов в материале) есть серьезные ограничения для поглощения ближнего инфракрасного излучения — значительной части солнечного света.
«Мы придумали, как преодолеть их, добавив покрытие из материала с меньшей, чем у кремния, шириной запрещенной зоны. Для этого пришлось, по сути, вырастить целый «сад»: путем испарения в вакууме мы нанесли на наноконусы черного кремния слой силицида магния, который, благодаря особенностям роста, формирует силицидную оболочку вокруг наноконусов и шестиугольные чешуйчатые «цветы» на его остриях. Подход простой, быстрый, масштабируемый и не требует применения высоких температур и сверхвысокого вакуума», — рассказывает руководитель проекта Александр Шевлягин, старший научный сотрудник Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН.
По сравнению с исходным черным кремнием новый материал отражает примерно в пять раз меньше света (3,7%) и поглощает не менее 88% излучения в спектральном диапазоне 200-1800 нм. То есть, он захватывает весь видимый свет, большую часть ультрафиолета и значительную часть инфракрасного. А после оптимизации решения удалось достичь максимального значения поглощения — 96%.
