Международная группа учёных во главе с китайскими академиками разработала технологию производства гибких фотоэлектрических панелей из обычного кристаллического кремния. Ранее присущая кремнию хрупкость не позволяла мечтать о подобном, заставляя учёных искать гибкость в перовскитах и сложных химических соединениях. Теперь же отказ от экзотики сэкономит средства и позволит быстро внедрить новинку в носимой и другой электронике.

Источник изображения: Nature

О перспективной разработке учёные из Шаньянского института микросистем и информационных технологий (SIMIT), китайского Университета Tongwei (TW), Университета науки и технологий Чанша, Юго-Западного нефтяного университета, Университета Сухоу и Университета Бэйхан сообщили в статье, опубликованной в журнале Nature. Работе предшествовало тщательное изучение поведения обычных кристаллических фотоэлектрических ячеек под физической нагрузкой. Детальное изучение процессов образования трещин в материале позволило выявить слабые места и устранить их.

Оказалось, что под физической нагрузкой на изгиб трещины в солнечных ячейках из кристаллического кремния начинают образовываться в районе кромки. В профиль структура материала в таких местах напоминает зигзаг с острыми пиками и впадинами. Уточним, речь идёт о так называемых гетеропереходных солнечных ячейках, когда кристаллический кремний обволакивается с обеих сторон тонкоплёночным слоем аморфного кремния. Такая конструкция повышает КПД. В то же время в структуре ячейки появляются зигзагообразные переходы от одного материала к другому.

Учёные догадались сгладить острые переходы в материале, придав пикам и впадинам U-образную форму. Для этого потребовалось разработать специальный техпроцесс, и он был испытан на реальном производстве. Испытания показали, что изменение структуры кремния только в кромке фотоячейки резко повышает прочность кристаллического кремния на изгиб. При этом по всей рабочей поверхности ячейки материал не подвергался изменению, что позволяет удержать КПД ячейки почти на прежнем уровне.

Эффективность изготовленной новым способом гибкой гетеропереходной солнечной ячейки оказалась на уровне 23,3 %. Дополнительное нанесение на ячейку антибликового покрытия на основе фторида магния (MgF₂) повысило её КПД до 24,50 %. Для сравнения, эффективность классической «толстой» гетеропереходной солнечной ячейки достигает 25,83 %. Новинка потеряла совсем немного, но приобрела гибкость — качество, востребованное для производства носимой электроники, аэрокосмических солнечных элементов и, в целом, для массы нужд в солнечной энергетике, где присущая кремнию жёсткость зачастую мешала внедрению.

Наконец, предложенная технология производства позволит сэкономить на кремнии и сделать фотоэлектрические ячейки из кристаллического кремния дешевле, что также будет означать снижение стоимости выработки электроэнергии этими ячейками.

Обновлённая статистика по научным работам, опубликованным в 2022 году в ведущих мировых научных журналах, поведала о рекордном росте статей за авторством китайских учёных. Впервые в истории учёные из Китая превзошли своих американских коллег по вкладу в мировые научные публикации. Надо ли говорить, что эта тенденция будет только нарастать?

Источник изображения: Pixabay

Соответствующий подсчёт ведёт издание Nature. Для этого в 2014 году был введён соответствующий маркер — Nature Index, который учитывает место постоянного проживания авторов научных работ. Авторство исследуется для публикаций в 82 мировых журналах, включая рецензируемые и самые престижные из них — это Cell, Nature, Science и Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Согласно обновлённым данным Nature Index, о чём подробно обещают рассказать в следующем месяце, в 2022 году авторы из Китая по количеству публикаций впервые обогнали авторов из США. В частности, авторы из Китая вышли на первое место по публикациям в сфере наук о Земле и окружающей среде, хотя уступили в области наук о жизни (медицина, биология и тому подобное). Впереди авторы из Китая были в физике, химии и других дисциплинах. Кстати, в области физики и химии авторы из Поднебесной вышли на первое место по вкладу в публикации ещё в 2021 году. В целом индекс Nature с самого начала показывал стабильный рост участия авторов из Китая в научных публикациях.

Отметим, при расчёте вклада в ту или иную статью учитывается процент авторов из каждой страны. Если все авторы из одной страны, то статье присваивается индекс «1». Если среди авторов учёные из других стран проживания, то индекс будет меньше единицы. Итого, в 2022 году на долю авторов из Китая в совокупности набрали индекс 19 400, а на долю авторов из США — 17 610.

Интересно отметить, что в суперпрестижных журналах Nature и Science доля авторов из США резко лидирует: 790 Nature Index у США против 186 у Китая. Также Китай отстал в категории, где хотя бы один из авторов был китаец или американец: 23 500 у Китая против 25 200 у США. Иначе говоря, американские авторы поучаствовали в большем числе исследований, удостоившихся публикации в престижных журналах из охватываемого Nature Index списка.

В Китае давно не скупятся на науку, что дало ощутимый результат. По данным Национального бюро статистики, Китай занимает второе место в мире по объёму расходов на научные исследования: в 2022 году объем финансирования НИОКР превысил 3 трлн юаней ($426,6 млрд).

В заключение напомним, что речь давно уже идёт не о количестве, а о качестве научных статей китайских авторов. По общему объёму научных публикаций Китай обошёл США ещё в 2016 году, а по качеству — в виде частоты цитирования публикаций — сделал это в прошлом году.