Группа ученых из Лундского университета считают, что полупроводниковые наностержни — это способ улучшить солнечные элементы. Благодаря запатентованному процессу Aerotaxy они хотят производить недорогие солнечные элементы с использованием арсенида галлия.
Что такое солнечные батареи и как они работают? Солнечные элементы в основном собирают энергию Солнца или других источников света и превращают его в электрическую энергию. Проще говоря, свет попадает на солнечный элемент и выбивает электроны. Эффект отрыва электронов от вещества при помощи света известен как фотоэлектрический эффект, и именно поэтому Эйнштейн считал, что свет может быть описан как кванты (дискретные пакеты) энергии. Это было описано в его статье 1905 года, за которую он получил Нобелевскую премию по физике в 1921 году.
Солнечные элементы представляют собой полупроводники, которые проявляют фотоэлектрический эффект, когда на них падает свет. Полупроводник представляет собой материал, который имеет проводимость в середине изолятора и проводника. Можно думать о полупроводниках как о диодах, они позволяют току течь в одном направлении. Они имеют pn-переход, состоящий из материала p-типа и материала n-типа. Материалы n-типа богаты электронами, а материалы р-типа — с дефицитом электронов. Когда эти материалы контактируют, область между ними, известная как pn-переход, и через него не проходит ток. Эта область обычно известна как область опустошения и является нейтральной в целом. Так как ток не может двигаться по этой области, электроны могут течь только по внешнему пути, подобно диоду.
Вместо использования планарного материала, как и в большинстве полупроводников, команда ученых обнаружила, что использование периодической наностержневой матрицы дает такое же количество тока, но при использовании значительно меньшего количества материала. Они изготовили нанопроволоку из арсенида галлия благодаря собственной системе Aerotaxy. Им удалось сделать модульную с эффективность более 27%, что на 50% выше, чем у любых современных солнечных панелей.
В системе используется аэрозольный генератор для получения каталитических частиц, куда добавляется реактив, способствующий росту наностержней. Чрезвычайно высокие темпы роста достигаются без необходимости в субстрате. Команда первой доказала, что таким образом могут быть созданы pn-переходы с превосходными характеристиками диода.
Этот метод является недорогим и может использоваться для массового производства солнечных элементов. Нанопроволока идеально подходят для солнечных батарей, поскольку она направляет свет на солнечные элементы без оптической или механической помощи.