Солнечные панели, расположенные на крышах, выглядят так, будто покрыты какой-то сеткой. Линии, которые мы видим, на самом деле представляют собой металлические контакты. Они необходимы для переправки электрического тока, генерируемого базовым полупроводником. Но при этом они уменьшают количество солнечного света, попадающего на полупроводниковый слой.
Хотя верхний слой металлических контактов относительно тонкий, он может покрывать 5-10% площади поверхности солнечной панели. Это означает, что 5-10% солнечного света, которые могли бы использоваться для выработки электроэнергии, попросту отражаются.
Команда исследователей из Стэнфордского университета разработала способ сделать эти отражающие металлические контакты почти невидимыми для падающего света, что может существенно увеличить эффективность солнечных батарей.
В ходе экспериментальной работы учёные поместили плёнку из золота (проводящего металла) толщиной 16 нанометров на плоский лист кремния. Золотая плёнка похожа на монолитную при взгляде невооружённым глазом, но на самом деле она содержит массив наноразмерных квадратных отверстий.
Погружение золотой плёнки и кремния в раствор плавиковой кислоты и перекиси водорода привело к тому, что золотая плёнка погрузилась в кремниевую подложку, а наностолбцы из кремния вышли в отверстия в золотой плёнке и поднялись над её поверхностью. Результатом этого химического процесса стали так называемые потайные контакты высотой всего в 330 нанометров.
"Если открыть кран, не вся вода протечёт беспрепятственно из отверстий его решётки, но если можно было бы подставить сверху каждого отверстия небольшую воронку, большая часть воды текла бы без проблем, – объясняет ведущий автор исследования Виджай Нарасимхан (Vijay Narasimhan). – По сути, наши наностолбцы выступают в качестве подобных воронок, захватывающих свет и направляющих его в кремниевую подложку через отверстия в металлической сетке".
После серии экспериментов и моделирований исследовательская группа дополнительно оптимизировала конструкцию солнечных панелей: теперь они могут покрыть металлом две трети поверхности с потерей отражательной способности всего в 3%. Нарасимхан утверждает, что это существенно увеличит эффективность обычного фотоэлемента на 20-22%.
В дальнейшем он с коллегами планирует провести эксперименты не только с золотом, но и с серебром, платиной, никелем и другими металлами. Кроме того, технология может использоваться и с другими полупроводниками, что позволит усовершенствовать фотодатчики, светодиоды, дисплеи и прозрачные батареи.
В ближайшее время команда планирует установить новую панель для работы в тестовом режиме в реальных условиях.
Описание технологии было опубликовано в журнале ACS Nano.
