Японский национальный институт передовых прикладных наук и технологий (AIST) создал гибкие солнечные батареи с довольно высоким КПД. При этом в новинке не используется кремний, и, что важно, она может быть сравнительно дешёвой и простой при массовом изготовлении.

Новые фотоэлектрические преобразователи основаны на полупроводниковом материале селенид меди-индия-галлия (CIGS). Он далеко не в первый раз применяется для такой цели, то есть — в солнечных панелях, в том числе и в тонкоплёночных их вариациях.

Технология «фотоячеек» на базе CIGS при должном развитии способна оказаться существенно дешевле, чем батареи на основе кристаллического кремния. Однако по КПД CIGS-панели пока заметно уступают лучшим кремниевым соперникам.

Как утверждает AIST, одна из проблем тут — формирование в «финальном» материале полупроводника p-типа с определённой концентрацией носителей заряда. Достигается это добавлением щелочных металлов, таких как натрий. В частности, в виде селенида натрия или фторида натрия. Но их применение связано с рядом трудностей и не обеспечивает воспроизводимость результатов от образца к образцу (а это важно для серийного выпуска).

Теперь же японцы придумали новый метод создания тонкоплёночных солнечных батарей на основе CIGS.

Сначала на гибкую подложку (на рисунке ниже — номер 1) наносится тонкий слой щелочносиликатного стекла (2). Соответственно метод назван Alkali-Silicate glass thin layer (ASTL).

После стекла к будущей батарее добавляют все остальные слои: задний электрод (3), абсорбирующий свет CIGS-слой (4), буферный слой (5), передний прозрачный электрод (6) и антибликовое покрытие (7).

Контроль за условиями формирования того самого тонкого стеклянного слоя позволяет в дальнейшем добиться интересного эффекта: щелочные металлы проникают сквозь задний электрод и благодаря диффузии попадают в CIGS-слой.

Это, как объясняет AIST, облегчает добавление щелочного металла в основной слой батареи, к тому же — обеспечивает добавление нужного элемента в точно выверенном количестве.

В качестве подложки для солнечных ячеек новой разновидности институт использовал три материала: гибкую керамику, тонкий прозрачный пластик и титановую фольгу с грубой рельефной поверхностью. С первым из них новые фотоэлектрические преобразователи показали впечатляющий КПД — 17,7%.

Это не абсолютный рекорд эффективности для CIGS-батарей в целом, но один из лучших когда-либо достигнутых показателей. Зато среди гибких CIGS-ячеек японская разработка является лучшей.

Аналогичные параметры батарей с полимерной подложкой и титановой фольгой составили 14,7% и 17,4%, что тоже — очень хорошие значения для гибких тонкоплёночных элементов.