О том, что солнечные электростанции могут стать основой энергетики будущего, не раз говорил нобелевский лауреат Жорес Алферов. Но для этого надо существенно повысить отдачу солнечных батарей. А для этого заменить в них кремний на более эффективные полупроводники.
Идея начала реализовываться, в частности, в солнечных элементах, созданных на основе арсенида галлия. На них возлагались большие надежды. Cчиталось, что теперь эффективность солнечной энергетики резко пойдет вверх, но прогнозы не оправдались. Причин несколько, в том числе высокая цена. Дело в том, что подложку из дешевого кремния, на которой выращиваются кристаллы для солнечных панелей, заменили на дорогие химические элементы, в частности, германий. Ученики Алферова из Санкт-Петербургского академического университета нашли вариант, который позволяет решить эту проблему.
- Наша идея - оставить кремниевую подложку, а на ней разместить полупроводники из разных химических элементов, - объясняет один из авторов разработки Иван Мухин. - Требовалось подобрать такую комбинацию полупроводников, чтобы оптика солнечной панели была максимальной. Тогда она будет поглощать и превращать в электричество наибольшее количество солнечного света.
Залог такой оптики - предельное совпадение кристаллической решетки кремниевой подложки и полупроводников, из которых выращиваются солнечные панели. Если совсем просто, одни атомы должны максимально точно упаковываться на другие. Оказалось, что кремний - плохой контактер. Ему непросто подобрать подходящие варианты. После тщательного перебора вариантов ученые остановились на квартете: галлий - фосфор - нитрит - мышьяк. Теоретики подсчитали, что кпд такой конструкции составит около 40 процентов, в то время как у кремниевых фотоэлементов - 20-25 процентов. Ученые создали прототип нового изделия, и впервые в мире показали, что с помощью такой технологии можно получать солнечные элементы с высоким кпд. Теперь дело за тем, чтобы выйти из стен лаборатории и попробовать перспективные идеи превратить в инновации.