Подготовлена «дорожная карта» для преодоления ограничений в производстве солнечных элементов

В ФИЦ «Южный научный центр Российской академии наук» (Ростов-на-Дону) разрабатывают перспективные полупроводниковые материалы, способные повысить эффективность современных электронных устройств

Заведующий лабораторией физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники ЮНЦ РАН Александр Пащенко: «Наша лаборатория выполняет государственное задание по разработке новых полупроводниковых материалов для эффективных оптоэлектронных устройств. Главным объектом исследования в 2025-2027 году стали полупроводниковые твёрдые растворы с высокой степенью несоответствия элементов в составе. Это новый класс полупроводников, в которых основные атомы частично заменены атомами с другой электроотрицательностью и/или ионным радиусом. Примером служат атомы висмута или азота в матрице соединений III-V групп. Данные материалы являются перспективными кандидатами для создания термостабилизированных устройств ИК-диапазона, а также топологических изоляторов и элементов солнечных батарей.

Для получения этого класса материалов существует ряд трудностей. В этой связи нами была выполнена оценка современного состояния разработок нитридных полупроводниковых материалов для применения в преобразовании солнечного излучения, выявлены и проанализированы основные трудности их выращивания, предложены рекомендации по увеличению эффективности их работы».

Ведущий научный сотрудник научной группы технологии гетероструктур ЮНЦ РАН кандидат технических наук Олег Девицкий: «Твёрдые растворы III-N обладают уникальными физическими свойствами для применения в оптоэлектронике, включая высокие КПД, регулируемую ширину запрещённой зоны от 0,70 эВ до 6,2 эВ, превосходную термическую стабильность и радиационную стойкость в экстремальных условиях. Это делает такие материалы особенно подходящими для производства солнечных элементов для применения в космическом пространстве. Теоретические оценки для солнечных элементов на основе этих соединений предсказывают эффективность более 50 процентов. Однако большинство экспериментально изготовленных солнечных элементов на основе материалов III-N демонстрируют значительно более низкую эффективность.

Для решения этой проблемы наша научная группа подготовила обзор, где определены основные ограничения в производстве этих солнечных элементов, включая спинодальный распад, эффекты спонтанной и пьезоэлектрической поляризации, трудности в достижении p-типа проводимости, высокую плотность дислокаций. Также составлена „дорожная карта“ для повышения их эффективности, в которой мы постарались оценить возможности и условия их коммерческого производства. В обзоре сравниваются и подробно анализируются преимущества и недостатки каждого метода, используемого для изготовления солнечных элементов на основе III-N. Обзор в том числе написан как мотивация для исследователей, чтобы они могли оценить текущее состояние и проблемы получения солнечных элементов на основе соединений III-N. Обзор вышел в Solar Energy Materials and Solar Cells (IF = 6.3)».

Источник: пресс-служба ЮНЦ РАН.