Плоские солнечные ячейки не могут собрать большое энергии – так как свет на панель должен падать под идеальным углом, а для этого нужно постоянно изменять положение панелей. Исследователи из Университета Иллинойса предложили другое решение – сферические ячейки, которые смогут собирать большее количество энергии чем плоские поверхности.

Новые ячейки были созданы с использованием обычного литографического процесса с операциями самосборки. Если они окажутся на практике эффективнее, это даст возможность создавать масштабные панели такой же мощности как обычные но значительно меньшими в объеме. Также будет снижено количество кремния в них, что позволит снизить цены на панели.

Получение изогнутой поверхности ограничивается производственным процессом, использующих полупроводники. Группа изобретателей пошла по пути самостоятельного преобразования формы плоскости листами в микромасштабные трехмерные элементы. Реализация проекта началась с точной обработки тонкой высококачественной кремниевой заготовки. Литография позволила получить тонкую двумерную структуру, которой исследователи придали форму цветка. Внутри клейким веществом крепится небольшой кусочек стекла, помогающий сохранять принимаемую форму. Наконец, по мере испарения размещённой в центре «цветка» капли воды силы поверхностного натяжения заставляют «лепестки» подниматься, в результате появляется близкая к сфере структура.

Сложность в том, чтобы заставить материалы изменяться предсказуемым образом. Исследователи создали математические модели, помогающие прогнозировать механические свойства кремниевых элементов с разнообразной формой и толщиной, а также их взаимодействие с водой, которое можно регулировать химической обработкой поверхности. После образования сферы добавляются электрические контакты. Итогом всей работы стали микроскопические сферические солнечные ячейки, выступившие доказательством функциональности «оригами», как называет разработку Наззо.

Та же техника использовалась для получения цилиндрических ячеек. Устройства Наззо конвертируют всего 1% света в электричество – низкая эффективность даже для фотоэлектрического преобразования. Однако конечный результат превосходит показатели изготовленных теми же относительно грубыми техпроцессами плоских ячеек из того же количества кремния. По словам учёных, разработанная ими методика может быть применена к другим материалам помимо кремния, а форма ячеек не ограничена сферой и цилиндром.

Есть и другие способы увеличения количества собираемого света, такие как использование антиотражающих покрытий и текстурирование поверхностей. Но главное преимущество новой методики – меньший объём требуемого материала. На плоские солнечные ячейки толщиной в несколько микрометров нельзя нанести текстуру, а антиотражающие плёнки усложняют производство и добавляют стоимость. Самосборка, по словам Наззо, предлагает лучшую альтернативу. В настоящий момент исследователи трудятся над совершенствованием технологического процесса.

По материалам:3dnews