Медь для кадмий-телуридових солнечных элементов

Один из способов повысить малую эффективность конвертации энергии субстратных элементов CdTe – легирование по p-типу слоя полупроводника небольшим количеством металлов наподобие меди. Вследствие таких действий увеличится количество «дыр» (положительно заряженных переносчиков) и их продолжительность жизни, что увеличит фотоэлектрическую энергию, то есть больше солнечной энергии сможет превратиться в энергию электрическую. И это было бы просто прекрасно, если бы CdTe не было так трудно легировать. «Люди пытались легировать CdTe-элементы в субстратной конфигурации и раньше, но каждый раз терпели поражение», — объясняет Айодха Нат Тивари (Ayodhya Nath Tiwari), глава лаборатории Тонких пленок и фотоэлементов в «Empa».

Тем не менее, его команда решила попробовать испарять медь в глубоком вакууме на слое CdTe с последующей термообработкой, чтобы атомы меди могли войти в CdTe. Вскоре они обнаружили, что количество меди надо очень тщательно контролировать: берешь мало — эффективность не претерпит значительных изменений; возьмешь много — возникает явление «чрезмерного допинга».

Несмотря на это, электронные свойства значительно улучшились, когда Лукас Кранц (Lukas Kranz), соискатель степени PhD в лаборатории Тивари вместе с Кристиной Гретенер (Christina Gretener) и Джулианом Перренаудом (Julian Perrenoud) точно определили количество выпариваемой меди, которая должна осесть одноатомным слоем на CdTe. «Эффективность очень сильно увеличилась, с менее чем одного процента до более, чем двенадцати», — говорит Кранц. Лучший результат составил 13,6% для CdTe на стекле и 11,5% на фольге.

Амбициозные цели: достичь 20%

Сейчас наибольшая эффективность для гибких кадмий-телуридовых фотоэлементов на фольге несколько меньше эффективности гибких солнечных элементов в суперстратной конфигурации на специальной (и дорогой) прозрачной полиамидной пленке, которую команда Тивари разработала в 2011 году. Однако соавтор и лидер группы в лаборатории Стивен Буллер (Stephan Buecheler) говорит: «Наши результаты указывают на то, что технология субстратной конфигурации может значительно увеличить эффективность в будущем». Следующая цель команды — достичь 15%. «И я убежден, что этот материал имеет потенциал эффективности, который превышает 20%». Сейчас команда планирует сосредоточиться на уменьшении толщины так называемого оконного слоя, покрывающего CdTe. В результате он будет поглощать не так много света, поэтому больше лучей сможет достичь слоя CdTe и превратиться в электричество. «Уменьшаем оптические потери», — так об этом говорит Тивари.