Стартовал новый нано исследовательский проект ROD_SOL, финансируемый в рамках научных исследований Европейского Сообщества. Цель проекта – разработка новых материалов для энергетических применений – дешевых и высокоэффективных фотоэлементов на основе кремниевых нано стержней.

Фотоэлементы на тонких пленках, базирующиеся на нетоксичном и стабильном кремнии, которого на планете более, чем в избытке, судя по прогнозам, в будущем будут доминировать на рынке фотовольтаических устройств. При этом, предполагается, что тонкие пленки вытеснят массивный кремний, который сегодня находится в лидерах. Прогноз базируется на серьезном снижении стоимости кремниевых фотоэлементов и росте эффективности преобразования ими солнечной энергии при переходе к тонким пленкам. Однако, у тонкопленочных приемников излучения имеются и недостатки. В частности, тонкие пленки кремния имеют проблемы с зернистостью, выражающуюся в рекомбинации носителей на границах зерен, что ограничивает кпд таких фотоэлементов примерно 10%.

Таким образом, требуются радикальные способы синтеза тонких пленок кремния с тем, чтобы избежать указанных проблем. Поставленный европейский проект посвящен вопросам синтеза кремниевых нано-стержней довольно значительных размеров (порядка нескольких сотен нм в диаметре и более 1 мкм длиной) и их плотной упаковке непосредственно на дешевых подложках, например, стекле или гибкой металлической фольге.

Идея, которую реализаторы проекта берут за основную, заключается в выращивании бездефектных кремниевых нано-стержней непосредственно из газовой фазы со специально «упакованной» зоной p-n перехода, которая и является причиной снижения эффективности фотоэлементов. Технология, которая должна быть разработана, по всей видимости, даст возможность получить кпд пленки на уровне массивного кремния, при этом имея все достоинства тонкого слоя, толщина которого – максимум несколько мкм. «Ковер из нано-стержней» подобной толщины уже показал свою очень высокую поглощательную способность оптического излучения. Таким образом, слой нано-стержней является одновременно и активным приемником излучения и высокопоглощающим покрытием.

Для синтеза нано-стержней, разработки подходящих материалов для электрических контактов и характеризации физических и структурных свойств пленок определены научно-исследовательские институты и центры, ученые которых войдут в исследовательскую группу. Кроме этого в группу поддержки проекта вошли 3 фирмы, основная задача которых тестирование и применение новых материалов в известных конструкциях фотоэлементов.

Участники проекта:

• Institut für Photonische Technologien –IPHT (Институт оптико-электронных технологий), Германия – координатор проекта
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Университет Фридриха-Александра в Эрланген-Нюрнберге), Германия
• Eidgenössische Materialprüfungsanstalt – EMPA(Научно-исследовательский институт материаловедения и технологии EMPA, входящий в структуру ETH Domain), Швейцария
• Hungarian Academy of Science Research Institute for Technical Physics and Material Science (Институт Технической физики и материаловедения Венгерской Академии наук), Венгрия
• ARC – Austrian Research Center GmbH, Nano-System-Technologies, Австрия
• VTT Micro- and Nanoelectronics, Финляндия
• California Institute of Technology (Калифорнийский Технологический институт), США

Проект финансируется Европейским Сообществом в объеме 2,9 миллиона евро.

Евгений Биргер