Un groupe de scientifiques de Saint-Pétersbourg a proposé et testé expérimentalement une technologie de fabrication de cellules solaires à haut rendement à base de semi-conducteurs A3B5 intégrés sur un substrat de silicium, ce qui, à l'avenir, pourrait augmenter de 1,5 fois l'efficacité des convertisseurs photovoltaïques à jonction unique existants. Le développement de la technologie a été prévu par le lauréat du prix Nobel Zhores Alferov. Les résultats ont été publiés dans la revue Matériaux d'énergie solaire et cellules solaires .

Aujourd'hui, avec l'épuisement rapide des réserves d'hydrocarbures et une préoccupation croissante pour les questions environnementales, les scientifiques accordent de plus en plus d'attention au développement des soi-disant « technologies vertes ». L'un des sujets les plus populaires dans le domaine est le développement des technologies de l'énergie solaire.

Cependant, une utilisation plus large des panneaux solaires est entravée par un certain nombre de facteurs. Les cellules solaires au silicium conventionnelles ont un rendement relativement faible, inférieur à 20 %. Des technologies plus efficaces nécessitent des technologies de semi-conducteurs beaucoup plus complexes, ce qui augmente considérablement le prix des cellules solaires.

Les scientifiques de Saint-Pétersbourg ont proposé une solution à ce problème. Les chercheurs de l'Université ITMO, L'Université académique de Saint-Pétersbourg et l'Institut Ioffe ont montré que les structures A3B5 pouvaient être développées sur un substrat de silicium peu coûteux, permettant une baisse du prix des cellules solaires multi-jonctions.

"Nos travaux portent sur le développement de cellules solaires performantes à base de matériaux A3B5 intégrés sur substrat silicium, " commente Ivan Moukhine, un chercheur de l'Université ITMO, chef d'un laboratoire à l'Université Académique et co-auteur de l'étude.

"La principale difficulté de la synthèse épitaxiale sur substrat silicium est que le semi-conducteur déposé doit avoir le même paramètre de maille cristalline que le silicium. En gros, les atomes de ce matériau doivent être à la même distance les uns des autres que les atomes de silicium. Malheureusement, il y a peu de semi-conducteurs qui répondent à cette exigence, un exemple est le phosphure de gallium (GaP). Cependant, il n'est pas très approprié pour la fabrication des cellules solaires car il a une faible propriété d'absorption de la lumière du soleil. Mais si nous prenons GaP et ajoutons de l'azote (N), on obtient une solution de GaPN. Même à de faibles concentrations en N, ce matériau démontre la propriété de bande directe et est excellent pour absorber la lumière, ainsi qu'avoir la capacité d'être intégré sur un substrat de silicium. À la fois, le silicium ne sert pas seulement de matériau de construction pour les couches photovoltaïques, il peut lui-même agir comme l'une des couches photoactives d'une cellule solaire, absorbant la lumière dans le domaine infrarouge. Zhores Alferov a été l'un des premiers à exprimer l'idée de combiner les structures ASB5 et le silicium."

Travailler au laboratoire, les scientifiques ont pu obtenir la couche supérieure de la cellule solaire, intégré sur un substrat de silicium. Avec une augmentation des couches photoactives, l'efficacité de la cellule solaire augmente, car chaque couche absorbe sa partie du spectre solaire.

A partir de maintenant, les chercheurs ont développé le premier petit prototype d'une cellule solaire basée sur l'A3B5 sur substrat de silicium. Maintenant, ils travaillent sur le développement de la cellule solaire qui serait constituée de plusieurs couches photoactives. De telles cellules solaires seront beaucoup plus efficaces pour absorber la lumière du soleil et générer de l'électricité.

« Nous avons appris à faire pousser la couche la plus élevée. Ce système de matériaux peut également être utilisé pour les couches intermédiaires. Si vous ajoutez de l'arsenic, vous obtenez un alliage GaPNAs quaternaire, et à partir de là, plusieurs jonctions opérant dans différentes parties du spectre solaire peuvent être développées sur un substrat de silicium. Comme démontré dans nos précédents travaux, le rendement potentiel de telles cellules solaires peut dépasser 40 % sous concentration lumineuse, ce qui est 1,5 fois supérieur à celui des technologies Si modernes, " conclut Ivan Moukhine.