В Южном научном центре Российской академии наук (Ростов-на-Дону) ведутся исследования, направленные на создание перспективных полупроводниковых материалов, которые могут совершить прорыв в области солнечной энергетики.
Ученые работают над твердыми растворами III-N — соединениями, обладающими уникальными свойствами для оптоэлектроники. Эти материалы способны обеспечить рекордную эффективность преобразования солнечной энергии, но их промышленное применение пока сдерживается рядом технологических сложностей.
Как пояснил заведующий лабораторией физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники ЮНЦ РАН Александр Пащенко, основное внимание в исследованиях 2025−2027 годов уделяется полупроводниковым твердым растворам с высокой степенью несоответствия элементов в составе.
Это новый класс материалов, где часть атомов заменена элементами с иными свойствами, например, висмутом или азотом в матрице соединений III-V групп. Такие материалы перспективны для создания термостабильных устройств инфракрасного диапазона, топологических изоляторов и, конечно, солнечных батарей.
Однако процесс получения этих соединений сопряжен с серьезными трудностями. В рамках государственного задания лаборатория провела анализ современных разработок в области нитридных полупроводников, применяемых для преобразования солнечного излучения. Были выявлены ключевые проблемы, связанные с их выращиванием, и предложены рекомендации по повышению их эффективности.
Ведущий научный сотрудник ЮНЦ РАН, кандидат технических наук Олег Девицкий подчеркнул, что твердые растворы III-N обладают рядом уникальных характеристик. Так, эти материалы имеют регулируемую ширину запрещенной зоны от 0,7 эВ до 6,2 эВ, высокую термическую стабильность и радиационную стойкость, что делает их идеальными для использования в космических условиях. Теоретически солнечные элементы на их основе могут достигать КПД больше 50%, но на практике пока демонстрируют гораздо более скромные результаты.
Для решения этой проблемы научная группа подготовила детальный обзор, в котором обозначены основные препятствия на пути коммерциализации технологии. Среди них — спинодальный распад, влияние спонтанной и пьезоэлектрической поляризации, сложности в достижении p-типа проводимости, а также высокая плотность дислокаций в кристаллической структуре. На основе анализа ученые разработали «дорожную карту», направленную на повышение эффективности солнечных элементов и оценку перспективы их массового производства.
Ранее ученые из Японии предложили способ превращать углекислый газ в полезные химикаты при помощи отработанных солнечных панелей.
