Імкненне да пастаяннага павышэння эфектыўнасці пераўтварэння сонечнай энергіі прывяло да даследаванняў, якія выходзяць за рамкі традыцыйных крэмніевых сонечных элементаў з pn-пераходам. Адным з перспектыўных напрамкаў з'яўляюцца дыёдныя сонечныя элементы Шоткі, якія прапануюць унікальны падыход да паглынання святла і выпрацоўкі электрычнасці.
Разуменне асноў
Традыцыйныя сонечныя элементы абапіраюцца на pn-пераход, дзе сустракаюцца дадатна зараджаныя (p-тып) і адмоўна зараджаныя (n-тып) паўправаднікі. Наадварот, у сонечных элементах з дыёдам Шоткі выкарыстоўваецца пераход метал-паўправаднік. Гэта стварае бар'ер Шоткі, утвораны рознымі ўзроўнямі энергіі паміж металам і паўправадніком. Святло, якое трапляе на клетку, узбуджае электроны, дазваляючы ім пераскокваць гэты бар'ер і ствараць электрычны ток.
Перавагі сонечных батарэй з дыёдам Шоткі
Сонечныя батарэі з дыёдам Шоткі маюць некалькі патэнцыйных пераваг у параўнанні з традыцыйнымі элементамі pn-пераходу:
Эканамічная вытворчасць: Ячэйкі Шоткі звычайна прасцей вырабляць у параўнанні з ячэйкамі pn-пераходу, што можа прывесці да зніжэння вытворчых выдаткаў.
Палепшанае ўлоўліванне святла: металічны кантакт у клетках Шоткі можа палепшыць улоўліванне святла ў клетцы, дазваляючы больш эфектыўна паглынаць святло.
Хутчэйшы транспарт зарада: бар'ер Шоткі можа садзейнічаць больш хуткаму руху фотагенераваных электронаў, патэнцыйна павялічваючы эфектыўнасць пераўтварэння.
Даследаванне матэрыялаў для сонечных батарэй Шоткі
Даследчыкі актыўна даследуюць розныя матэрыялы для выкарыстання ў сонечных элементах Шоткі:
Селенід кадмію (CdSe): у той час як сучасныя элементы Шоткі CdSe дэманструюць сціплую эфектыўнасць каля 0,72%, прагрэс у такіх метадах вытворчасці, як электронна-прамянёвая літаграфія, абяцае будучыя паляпшэнні.
Аксід нікеля (NiO): NiO служыць перспектыўным матэрыялам p-тыпу ў клетках Шоткі, дасягаючы эфектыўнасці да 5,2%. Яго шырокапалосныя ўласцівасці паляпшаюць паглынанне святла і агульную прадукцыйнасць клеткі.
Арсенід галію (GaAs): GaAs-клеткі Шоткі прадэманстравалі эфектыўнасць, якая перавышае 22%. Аднак для дасягнення гэтай прадукцыйнасці патрэбна старанна распрацаваная структура метал-ізалятар-паўправаднік (MIS) з дакладна кантраляваным аксідным пластом.
Праблемы і будучыя напрамкі
Нягледзячы на іх патэнцыял, дыёдныя сонечныя элементы Шоткі сутыкаюцца з некаторымі праблемамі:
Рэкамбінацыя: рэкамбінацыя электронна-дзірачных пар у клетцы можа абмежаваць эфектыўнасць. Неабходныя далейшыя даследаванні, каб мінімізаваць такія страты.
Аптымізацыя вышыні бар'ера: вышыня бар'ера Шоткі значна ўплывае на эфектыўнасць. Знаходжанне аптымальнага балансу паміж высокім бар'ерам для эфектыўнага падзелу зарадаў і нізкім бар'ерам для мінімальных страт энергіі мае вырашальнае значэнне.
Заключэнне
Сонечныя элементы з дыёдам Шоткі маюць велізарны патэнцыял для рэвалюцыі ў пераўтварэнні сонечнай энергіі. Іх больш простыя метады вырабу, пашыраныя магчымасці паглынання святла і больш хуткія механізмы транспарціроўкі зарада робяць іх перспектыўнай тэхналогіяй. Па меры таго, як даследаванні паглыбляюцца ў стратэгіі аптымізацыі матэрыялаў і рэкамбінацыі, мы можам чакаць, што сонечныя элементы з дыёдам Шоткі стануць важным гульцом у будучыні вытворчасці чыстай энергіі.
Час публікацыі: 13 чэрвеня 2024 г