Создан недорогой и эффективный наноматериал для солнечных элементов

Исследователи из Северо-Западного университета Чикаго выяснили новый способ создания солнечных батарей, которые в результате получаются недорогими и имеют хорошую эффективность работы. Также важно, что солнечные батареи на основе новой технологии, не завязанной на использовании токсичных или дефицитных материалов, имеют больший срок службы и могут производиться ещё более массово, чем традиционные панели.

Ранее уже был разработан проект солнечных ячеек, которые обеспечивали бы все эти преимущества. Так называемая Grätzel cell, солнечная ячейка на основе использования сенсибилизирующих красителей, была экологически чистой и дешевой в производстве. Главной проблемой технологии было то, что сенсибилизированный красителем электролит создавался с использованием органической жидкости, которая по прошествии определенного времени провоцировала коррозию ячейки. В таких условиях срок её службы ограничивался до 18 месяцев.

Команда из Северо-Западного университета намеревается решить проблему ячеек Grätzel cell. Нанотехнолог Роберт П. Х. Чанг и химик Меркури Канатзис положили все свои знания и опыт, чтобы выработать новую технологию. Первая часть разработанного ими решения – это тонкоплёночный полупроводник на основе соединения цезия, олова и йода, названное CsSnI3. На первых стадиях синтеза соединение ведёт себя как жидкость, но после – меняет агрегатное состояние, становясь полностью твёрдым. В итоге получаются полностью стабильные ячейки на основании твёрдого материала.

Второй секрет новой разработки – это нанотехнологии. «Наш недорогой солнечный элемент использует нанотехнологии для того, чтобы оставаться стабильным, обеспечивая высокую эффективность», сказал Чанг. «Благодаря наличию в ячейке миллионов наночастиц диоксида титана, мы получаем большую площадь поверхности для светопоглощения. Затем мы покрываем каждую частицу светопоглощающим красителем»

Учёные описывают состав своих солнечных элементов следующим образом. Одна солнечная ячейка имеет размеры 0,5 см/0,5 см/10 микрон. После того, как покрытые красителем наночастицы размещены соответствующим образом в форме для создания ячейки, туда вливается материал CsSnI3, пока что находящийся в состоянии жидкости. Жидкий полимер равномерно обволакивает наночастицы и затем затвердевает. Под действием CsSnI3 краситель, который выполняет в ячейке функцию поглощения солнечного света, начинает испаряться, в итоге оказываясь заключённым между двумя полупроводниками – массивом наночастиц и CsSnI3.

Солнечный элемент, созданный по такой технологии, смог достичь эффективности примерно 10,2 процента – рекорд для такого данного солнечных панелей. У предыдущих ячеек Grätzel cell уровень эффективности был примерно между 11 и 12 процентами. Но даже несмотря на то, что в новой технологии эффективность немного меньше, практика показывает, что 10 процентов – это уже значение, достаточное для коммерциализации технологии.

Чанг говорит, что данная концепция применима в различных типах солнечных батарей, а сама технология создания солнечных тонкоплёночных структур совместима с автоматизированным производством. Следующим шагом команды является создание и испытание полноразмерных солнечных батарей на основе разработанных структур.

Автор: Ирина Ковалёва  

Источник: facepla.net