Хімія, фізика та технологія поверхні, 2021, 12 (2), 90-97.

Створення двосторонніх структур макропористого кремнію з нанопокриттями для сонячних елементів



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp12.02.090

L. A. Karachevtseva, M. T. Kartel, Wang Bo, O. O. Lytvynenko, M. I. Karas, V. F. Onyshchenko

Анотація


Ми запропонували нове технологічне рішення для створення сонячних енергетичних елементів за допомогою двосторонніх структур макропористого кремнію для підвищення загальної ефективності перетворення енергії світла в електричний струм. Останнім часом дослідження R&D в області технологій сонячних елементів зосереджені в основному на кристалічних кремнієвих технологіях і фотоелектричних системах, включаючи органічні. Основним фізичним явищем, що визначає перспективність двовимірних структур макропористого кремнію з нанопокриттями як сонячних елементів, є підвищення поглинання електромагнітного випромінювання і фотопровідності в результаті взаємодії оптичних мод з розвиненою поверхнею циліндричних макропор з бар’єром на межі «нанопокриття – поверхня макропор». Ми виготовили двосторонні структури макропористого кремнію з нанопокриттями для сонячних елементів, включаючи кремнієву технологію, органічні наноутворення та формування фотоелектричної системи. Кремній є перспективним матеріалом для виготовлення структур з циліндричною геометрією повітряних макропор завдяки анізотропії дешевого процесу фотоелектрохімічного травлення. Наявність періодично розташованих циліндричних пор, розділених кремнієвими колонами, забезпечує велику ефективну поверхню зразків і посилені оптичні та фотофізичні характеристики кремнієвих структур. Полімерні композити з нанопокриттями з нанокристалами СdS і багатошаровими вуглецевими нанотрубками в поліетиленіміні генерують при освітленні заряди протилежного знаку на обох поверхнях структур. Формування двосторонніх структур макропористого кремнію з нанопокриттями підвищує загальну ефективність перетворення енергії в сонячних елементах до 60 %. Крім того, можна використовувати запропоновані нами сонячні елементи у верхніх шарах атмосфери.


Ключові слова


макропористий кремній; нанопокриття; білатеральні структури; технологія сонячних комірок

Посилання


Birner A., Wehrspohn R.B., Gösele U.M., Busch K. Silicon‐based photonic crystals. Adv. Mater. 2001. 13(6): 377.

Karachevtseva L.A. Two-dimensional photonic crystals as perspective materials of modern nanoelectronics. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2004. 7(4): 430.

Karachevtseva L.A., Glushko A.E., Ivanov V.I., Lytvynenko O.O., Onishchenko V.F., Parshin K.A., Stronska O.J. Out-of-plane optical transmittance of 2D photonic macroporous silicon structures. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2007. 10(2): 51.

Glushko A., Karachevtseva L. Photonic band structure in oxidized macroporous silicon. Opto-Electron. Rev. 2006. 14(3): 201.

Glushko A., Karachevtseva L. PBG properties of three-component 2D photonic crystals. Photonics Nanostruct. 2006. 4: 141.

Karachevtseva L., Karas’ M., Onishchenko V., Sizov F. Surface polaritons in 2D macroporous silicon structures. Int. J. Nanotechnology. 2006. 3(1): 76.

Stroyuk A.L., Shvalagin V.V., Kuchmii S.Ya. Photochemical synthesis and optical properties of binary and ternary metal–semiconductor composites based on zinc oxide nanoparticles. J. Photochem. Photobiol. A. 2005. 173(2): 185.

Pokhodenko V.D., Kuchmii S.Ya., Korzhak A.V., Kryukov A.I. Photochemical behavior of nanoparticles of cadmium sulfide in the presence of a reducing agent. Theor. Exp. Chem. 1996. 32(2): 88.

Karachevtseva L.A., Litvinenko O.A., Stronskaya E.I. Influence of electrochemical parameters on the etching of macropores in silicon. Theor. Exp. Chem. 2003. 39(2): 385.

Karachevtseva L., Goltviansky Yu., Kolesnyk O., Lytvynenko O., Stronska O. Wannier-Stark effect and electron-phonon interaction in macroporous silicon structures with SiO2 nanocoatings. Opto-Electron. Rev. 2014. 22(4): 201.

Raevskaya A.E., Stroyuk A.L., Kuchmii S.Ya. Optical characteristics of colloidal nanoparticles of CdS stabilized with sodium polyphosphate and their behavior during pulse photoexcitation. Theor. Exp. Chem. 2003. 39(3): 158.

Awasthi K., Srivastava A., Srivastava O. Synthesis of carbon nanotubes. J. Nanosci. Nanotechnol. 2005. 5(10): 1616.

Karachevtseva L., Kuchmii S., Lytvynenko O., Sizov F., Stronska O., Stroyuk A. Oscillations of light absorption in 2D macroporous silicon structures with surface nanocoatings. Appl. Surf. Sci. 2011. 257(8): 3331.

Karachevtseva L.A., Onyshchenko V.F., Sachenko A.V. Kinetics of photoconductivity inmacroporous silicon structures. Ukr. J. Phys. 2008. 53(9): 874.

Holiney R.Yu., Matveeva L.A., Venger E.F., Karachevtseva L.A., Lytvynenko O.A. Electroreflectance study of macroporous silicon surface. Appl. Surf. Sci. 2001. 172(3–4): 214.

Karachevtseva L.A., Ivanov V.I., Lytvynenko O.O., Parshin K.A., Stronska O.J. The impurity Franz-Keldysh effect in 2D photonic macroporous silicon structures. Appl. Surf. Sci. 2008. 255(5): 3328.

Karachevtseva L., Kuchmii S., Stroyuk A., Sapelnikova O., Lytvynenko O., Stronska O., Bo Wang, Kartel M. Light-emitting structures of CdS nanocrystals in oxidized macroporous silicon. Appl. Surf. Sci. 2016. 388: 288.

Karachevtseva L., Kartel M., Wang Bo, Sementsov Yu., Trachevskyi V., Lytvynenko O., Onyshchenko V. Polymer-nanoparticle coatings on macroporous silicon matrix. Adv. Mater. Lett. 2017. 8(4): 2.




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp12.02.090

Copyright (©) 2021 L. A. Karachevtseva, M. T. Kartel, Wang Bo, O. O. Lytvynenko, M. I. Karas, V. F. Onyshchenko

 CC By Creative Commons "Attribution" 4.0