Фотовольтаика  --  Микроэлектроника

Новости

6-слойная ячейка на базе элементов III-V групп таблицы Менделеева, США, 39.2%

2020.04.19 В США, в Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии, создали 6-слойный элемент  на основе элементов III-V групп таблицы Менделеева. Его кпд при освещении концентрированным лучом света (такое освещение достигается в так называемых гелиоконцентраторах) достигает рекордных 47,1%. Впрочем, и под воздействием обычного солнечного света элемент показывает фантастические характеристики - 39,2%. 

2-слойная ячейка на базе слоя перовскита и слоя CIGS, Германия, 24.1%

2020.04.19 В Берлинском центре Гельмгольца задействовали комбинацию слоя перовскита и слоя меди, индия, галлия и селена (CIGS), создав гибкий преобразующий элемент. Его эффективность, хотя и ниже, чем у американского, но также высока - 24,1%. 

2-слойная ячейка на кремниевой подложке, Россия

2020.02.05 Университет ИТМО, С.Петербург. В Университете ИТМО, С.-Петербург, работают над технологией, позволяющей создавать солнечные батареи с потенциальной эффективностью в 1.5 раза выше сегодняшних, причем, из более дешевых материалов. Базово речь идет о использовании кремниевой подложки на которую добавляют слой или слои другого полупроводника. Добавляемый материал должен обладать схожей структурой кристаллической решетки, чтобы материал оказался достаточно механически стойким.
По своей атомной структуре мог бы подойти, например, GaP (фосфид галлия), но этот материал слабо поглощает солнечный свет. Но если к нему добавить немного азота, то соответствующий твердый раствор GaPN становится "прямозонным", он хорошо поглощает свет и его можно наносить на кремниевую подложку, которая также может выступать одним из фотоактивных слоев, отвечающим за поглощение света в ИК-диапазоне. Ученые уже создали прототип солнечной батареи с использованием GaPN.
При использовании также примесей мышьяка (GaPNAs) можно создать несколько слоев, поглощающих свет в разных частях спектра - потенциально, по расчетам исследователей, эффективность таких батарей может доходить до 40% и выше. Источники: nauka.tass.ru и rossaprimavera.ru. 

Двумерный черный фосфор / фосфорен

2019.11.24 Ученые в разных странах работают над повышением стабильности двумерного черного фосфора. Двумерный черный фосфор получают из белого фосфора в условиях высокого давления и температуры. Получается напоминающий графит материал фосфорен со слоистой структурой, обладающий полупроводниковыми свойствами. Ширина запрещенной зоны варьируется в зависимости от числа слоев.
К сожалению, фосфорен нестабилен и быстро деградирует под воздействием кислорода, содержащегося в воздухе. Для повышения его стабильности, ученые производят фторирование.
В красноярском СФУ разобрались с механизмом этого процесса, показав, что в системе PF характерная координация равна 3 или 5 (3 или 5 атомов фтора на 1 атом фосфора). Выявлен "механизм" по которому атомы фтора должны крепиться к поверхности фосфорена с тем, чтобы получить более стабильные соединения, устойчивые к окислению.
Как ожидается, в перспективе это позволит использовать фторированный фосфорен в различных оптоэлектронных устройствах - транзисторах, светодиодах, фотосенсорах, гибкой электронике, фотовольтаике и т.п.  baikal24.ru 

Перовскит с органическим акцептором, Нидерланды + Сингапур

2019.11.19 Ученые Гронингенского университета, Нидерланды, и Наньянского технологического университета, Сингапур, экспериментируют с комбинацией перовскита с органическим акцептором так называемых "горячих электронов". 
Такой подход, как ожидается, позволит задействовать в производстве электричества в том числе и избыточную энергию фотонов.
В традиционных фотобатареях к.п.д. не слишком велик потому, что фотоны с недостаточной энергией проходят через материал фотоэлектрической панели без поглощения, и, напротив, энергия более высокочастотных фотонов рассеивается без пользы, переходя в тепло. Электрическую энергию дают только фотоны со строго определенным объемом энергии.
Решение проблемы видится в переходе к использованию материала, который обладает так называемой расширенной запрещенной зоной (разницей в энергиях между самой высокой занятой и самой низкой свободной молекулярными орбиталями).
Ученые нашли материал, который по их мнению, в значительной степени отвечает подобным требованиям. Это комбинация гибридного органического/неорганического перовскита и органического материала с широкой запрещенной зоной - батофенантропина (bphen). bphen успешно поглощает "горячие электроны" из перовскитного полупроводника, без необходимости в каких-либо иных ухищрениях.
Следующий шаг, который ученые намерены осуществить, это конструирование практического устройства, которое позволит доказать возможность практического применения обнаруженного эффекта.
Источник: ko.com.ua 

Безсвинцовый гибридный слоеный материал - комбинация органики и неорганики, США

2019.11.18 В Университете Пердью (Purdue University) группа исследователей под руководством профессора Доу Лэтяня (Letian Dou) разработали гибридный слоеный материал из органических и неорганических компонентов. Он не содержит свинца и отличается повышенной стабильностью. Перспективно его использование для фотовольтаики. Подробнее mforum.ru . 

Перовскиты и двумерные структуры карбида титана / максены, Россия и Италия, 20.64%

2019.09.16 В НИТУ МИСиС, Россия, и Университете Tor Vergata, Милан, Италия, обнаружили, что добавление (допирование) двумерных структур карбида титана (максенов) в фотоэлемент на базе перовскита повышает его эффективность до 20,64%.
Максены позволяют вести "тонкую настройку" поверхностных свойств перовскита. Были испытаны конфигурации с внедрением максенов в фотопоглощающий перовскитный слой, в электронно-транспортный слой диоксида титана, а также на «интерфейс» между ними.
Выявлено, что эффект ярче всего проявляется тогда, когда максены добавлены во все слои (фотопоглощающий слой перовскита, в электронно-транспортный слой диоксида титана, а также на интерфейс между ними). Эксперименты подтвердило также моделирование полученных структур. Результаты исследования опубликованы в Nature Materials nature.com 

Перовскиты, США

2019.09.16 Ученые Политехнического института Ренсселера (ПИР), под руководством Цзян Ши, выяснили, что уменьшение плотности дефектов (кристаллических дислокаций) в перовскитах может существенно повысить производительность. Уменьшение плотности дислокаций более, чем на порядок приводит к увеличению времени жизни электрона в 4 раза. / nature.com  

Прямолинейные интерфейсы доменов TMDC, Япония

2019.07.02 Японские ученые научились формировать прямолинейные интерфейсы доменов TMDC. Японцы использовали для создания 2D-гетероструктур метод осаждения из паровой фазы. Проблемой было создание плоского интерфейса между различными доменами. Японцы создавали полосы разных TMDC на краях существующих доменов. За счет оптимизации скорости роста, они научились выращивать гетероструктуры с четко выраженными областями и атомарно прямыми краями.
Возможность формирования плоских прямолинейных интерфейсов позволяет контролировать перемещение электронов и резистивность, а также оптические свойства материалов. Это позволяет надеяться на то, что такие материалы можно будет задействовать в вычислительных системах, где вместо электронов используются фотоны (что обещает ускорение работы процессоров в разы), а также создавать запоминающие устройства с низким энергопотреблением, более энергоэффективные светодиоды, лазеры и ячейки для фотовольтаики. Подробнее: abloud.blogspot.com   

Перовскиты галогенидные, Россия

2019.06.13 Перовскиты. В НИТУ МИСиС и университете ИТМО создали экспериментальный прототип тонкопленочного фотоэлектронного прибора на базе гибридного полупроводника - галогенидного перовскита. Созданный прототип может работать и как солнечный элемент, и как светодиод.|
Режим работы прототипа зависит от подаваемого на него напряжения. До 1 В - солнечный элемент, более 2 В - включается режим светодиода.
Перовскитами, напомню, называют класс минералов, например, титанат стронция, с высокими диэлектрическими свойствами, что позволяет отказаться от диоксида кремния и в 3-4 раза снизить толщину транзисторов и, соответственно, снизить ток утечки, повысив плотность транзисторов на чипе, с соответствующим уменьшением энергопотребления.
Галогенидные перовскиты пробуют использовать в фотовольтаике для создания высокоэффективных солнечных элементов (с кпд до 24%) и светодиодов (с кпд до 20%), в перспективе от материала ожидают возможности выпускать на его основе фотодетекторы, светодиоды, лазеры и дисплеи.
Источник: russianelectronics.ru 

Атомарные слои полупроводников и экситонные эффекты, США

2018.10.12 Исследователи Политехнического института Ренсселера (штат Нью-Йорк) провели исследование взаимодействия света с атомарными слоями полупроводников в рамках изучения экситонных явлений. Результаты этих исследований могут быть полезны для фотовольтаики, разработок новых типов лазеров и квантовых сенсоров. ko.com.ua 

Халькогениды на основе висмута, Япония

2018.10.01 Прогресс в области полупроводников на основе висмута. Сейчас в мире идет активный поиск материалов, которые можно было бы использовать в фотовольтаике. Этот поиск осложняется тем, что мало найти материал сам по себе, требуется еще разработать оптимальный процесс формирования пленок этого материала, а этот процесс порой занимает годы.
Исследователи в Университете Осаки разработали двухшаговый процесс производства оптоэлектронных материалов с хорошими морфологическими свойствами, а также с великолепными фоторезистивными характеристиками. Эти исследования опубликованы в Journal of Physical Chemistry Letters.
Bi2S3 относится к классу материалов, известных как халькогениды металлов, которые многообещающе выглядят с точки зрения перспектив использования их оптических и электронных свойств. В то же время качество функционирования фоточувствительных устройств на базе Bi2S3 во многом определяется методом, используемым в производстве пленки, в частности, многие из выявленных интересных качеств демпфируются низкой кристалличностью пленки. И даже если удается повысить степень ее кристалличности, зернистость может оказывать негативный эффект на качество работы кристалла, поэтому предпочтительны пленки с малой шероховатостью поверхности, но большим размером зерен.
По итогам краткого исследования более 200 различных материалов, было выявлено, что Bi2S3, это менее дорогой и менее токсичный материал, нежели те неорганические материалы (типа галогенидных первовскитов), которые сейчас применяются в фотовольтаике, при этом его можно обрабатывать так, чтобы не испортить его великолепные фотоэлектрические свойства.
Японские ученые разработали метод формирования двухслойной пленки в результате применения двухстадийного процесса - использование раствора (solution spin-coating), а затем кристаллизация. Кстати, этот процесс можно будет использовать для работы и с другими металл-сульфидными полупроводниковыми материалами. | compoundsemiconductor.net 

Подписывайтесь на Telegram-канал, посвященный микроэлектронике 

подписывайтесь: на Facebook-страницу, посвященную микроэлектронике

+ +