С точки зрения ученых, результаты исследований в рамках проекта «MehrSi» представляют собой важную веху в разработке конкурентоспособных фотоэлементов для прямого расщепления воды за счет солнечной энергии. Необходимым условием для такого расщепления является высокая степень эффективности фотоэлементов.
Институт солнечно-энергетических систем ISE совместно с Технологическим университетом Ильменау впервые достиг такого уровня эффективности для своих тройных монолитных фотоэлементов, выращенных на кремниевой подложке из полупроводниковых материалов III-V группы. Такие фотоэлементы способны преобразовывать 24,3% солнечного света в электрическую или химическую энергию.
В рамках исследовательского проекта MehrSi, финансируемого Федеральным министерством по делам научных исследований, ученые изучали, как наилучшим образом сочетать наиболее распространенный и экономически эффективный материал, кремний, с мощными полупроводниками III-V группы при производстве фотоэлементов. Ученым из группы технического университета Ильменау «Основы энергетических материалов» удалось усовершенствовать методику подготовки границы раздела между кремнием и полупроводниками, которая является точкой контакта различных материалов в многослойных фотоэлементах и имеет решающее значение для их работы. При выращивании слоев из материалов III-V группы на кремнии необходимо следить за тем, чтобы атомы занимали правильные позиции в кристаллической решетке, поскольку дефекты в решетке могут серьезно ухудшить свойства фотоэлементов. Работа ученых из Ильменау в проекте MehrSi обеспечивает теперь такие производственные процессы, в которых, по мнению исследователей, переход между материалами происходит практически идеально.
Результаты исследований в рамках проекта «MehrSi» представляют собой важную веху в разработке конкурентоспособных фотоэлементов для прямого расщепления воды за счет солнечной энергии. В таких фотоэлектрохимических фотоэлементах вода эффективно разлагается на водород и кислород с помощью солнечного света. Поэтому эксперты также называют этот процесс «искусственным фотосинтезом» или «искусственными листьями». Профессор Томас Ханнаппель, руководитель группы «Основы энергетических материалов», который координировал исследовательскую работу в Университете Ильменау, объясняет преимущества новой технологии производства фотоэлементов: «С помощью обычных фотоэлементов без дополнительных составляющих эффективное прямое разложение воды на водород и кислород невозможно. Этого можно достичь только в многослойных фотоэлементах, разработанных в рамках проекта MehrSi. Тем самым открываются новые возможности для производства и хранения солнечного водорода». Профессор Ханнапель убежден, что водород будет играть центральную роль в качестве среды для хранения энергии в устойчивой энергетической системе будущего.
На следующем этапе проекта планируется использовать тройные фотоэлементы на основе кремния и полупроводниковых материалов III-V группы для преобразования углекислого газа в топливо за счет солнечного света. Решающим фактором для успеха этих разработок, которые выполняются в ТУ Ильменау, является соответствующая методика взаимного слияния различных полупроводниковых материалов, выращенных на кремниевой подложке, что и было показано в проекте MehrSi.
Источник: https://www.solarserver.de/2019/10/31/wasserstoff-direkt-mit-solarzellen-erzeugen/