Conference Paper

Наноструктурные солнечные элементы. 
К фундаментальным концепциям, 
стоящим за уникальными свойствами наноструктур, можно отнести квантовый 
конфайнмент и значительную долю поверхностных атомов по отношению к объемным. 
Квантовый конфайнмент носителей заряда в объеме полупроводниковых 
нанокристаллов с линейными размерами, сравнимых с их длиной волны де Бройля, 
приводит к таким наноэффектам как Множественная Экситонная Генерация (МЭГ) [4] 
и контролируемая размером запрещенная зона. В то же время, большая доля 
поверхности к объему приводит ко многим другим разнообразным выгодам, как 
уменьшение использования материалов, уменьшение отражаемости, использование 
полупроводников с низкой диэлектрической константой, эффективное разделение 

---

Техник ва технологик фанлар со
ҳ
аларининг инновацион масалалари. ТДТУ ТФ 2020 
6 
экситонов, улучшенное поглощение света. Кроме этого, нанотехнологии включают 
низкотемпературные и раствор-обрабатываемые процессы, что делает производство 
солнечных элементов энергетически эффективным, и дешевым. Таким образом, эти два 
подхода широко изучаются в фотовольтаике, преследуя две цели: 1) значительное 
уменьшение использования материала и цен модулей; 2) развитие фотовольтаических 
устройств с более высокими предельными эффективностями по сравнению с тем, что 
было установлено Шокли-Квизером [2]. Примерами наноматериалов, использующихся 
в фотовольтаике третьего поколения, являются квантовые точки, квантовые 
проводники, проводящие полимеры, фуллерены, диоксид титана и перовскиты [2]. Эти 
наноматериалы в фотовольтаике используются либо как отдельные структуры, либо в 
тандеме с пленочными или объемными кристаллами. Такие солнечные элементы как 
наноструктурные (квантовые точки или квантовые проводники), пластиковые или 
сенсибилизированные красителем солнечные элементы являются дешевыми, но имеют 
пока эффективности, не превышающие 18% [3], однако в солнечных элементах на 
основе перовскитов за очень короткий срок был достигнут колоссальный скачок в 
эффективности от 3% (2009) до 25.2% (2019) [3], таким образом, близко приближаясь к 
эффективностям монокристаллического кремния при значительно низких ценах 
модуля. В солнечных элементах с высокими предельными значениями выше, чем по 
Шокли-Квизеру, используются два подхода: во-первых, увеличение поглощения 
фотонов с энергией в запрещенной зоне и эффективное поглощение 
высокоэнергетичных фотонов, во-вторых, эксплутация эффекта МЭГ в квантовых 
точках, когда при поглощении одного фотона рождаются несколько носителей заряда 
[2,3]. При этом предельное значение эффективности тандемных солнечных элементов с 
улучшенным поглощением света составляет 68% при одной солнечной интенсивности, 
в то время как для солнечных элементов с МЭГ оно равно 44% [2]. К настоящему 
времени, максимальная эффективность, достигнутая в тандемных системах, равна 
39.2% при одном солнце, и 47.1% при концентрированных условиях [3]. Однако такие 
высоко эффективные тандемные солнечные элементы являются очень дорогими. В 
настоящее время наноматериалы используются как часть этих тандемных систем для 
того, чтобы, во-первых, удешевить их, так как одни те же наноматериалы, но с разными 
размерами и размерностями могут быть использованы, чтобы получить различные слои 
с разной запрещенной зоной и во-вторых, многократные переходы могут быть раствор-
обрабатываемыми [2].
 
(а) (б) (в) 
Три примера наноструктурных солнечных элементов. а) квантовые точки.
б) нанопроводники. в) полимерные гетероструктуры