Наноконусы, возможно, сделают недорогие солнечные батареи былью

Основная проблема индустрии кремниевых фотогальванических элементов заключается в экономической несостоятельности солнечных батарей. Чтобы сдвинуться с мёртвой точки, надо попытаться по меньшей мере вдвое снизить себестоимость ячейки, которая сейчас составляет около доллара за ватт.

Бóльшая часть высокой стоимости полупроводниковой солнечной батареи обусловлена ценой рабочего материала — кремния, а также дорогим процессом производства. Результаты научного исследования, проведённого в Стэнфордском университете (США), показали, что

гибридная солнечная батарея, основанная на кремниевых наноразмерных конусах и проводящих органических полимерах, способна обеспечить снижение расходов на производство и при этом не растерять эффективности.

Научная группа под руководством Майкла Макги и И Цуя опубликовала подробный отчёт о проделанной работе в последнем номере журнала Nano Letters.

nanoconepolymersolarcells_600.jpg Рис. 1. (a) — процесс производства новой фотогальванической ячейки. (b), © и (d) — микрофотографии после каждого из трёх этапов производства. (Иллюстрация American Chemical Society).

Предложенная исследователями конфигурация новых гибридных батарей с применением наноразмерного текстурирования обладает сразу двумя преимуществами перед стандартными ячейками:

  • она увеличивает светоабсорбционную эффективность и
  • уменьшает количество необходимого для производства кремния.

Ранее неоднократно сообщалось о попытках поднять эффективность солнечных кремниевых батарей, используя нанотекстурирование на основе нанопроводов, нанокуполов и других подобных фигур.

В данном случае учёные обнаружили, что

структура наноконусов с характеристическим отношением (высота/диаметр), близким к единице, обеспечивает лучшую форму для эффективной абсорбции света, поскольку одновременно достигается оптимальная величина и просветления (антиотражающая способность для коротковолнового света), и рассеяния света (для длинных волн).

Во всех предлагавшихся прежде нанотекстурных конструкциях расстояние между ближайшими наноразмерными элементами было слишком малым для заполнения открытого пространства проводящим полимером, а потому приходилось наносить цельный второй слой, что требовало расхода дополнительных материалов и усложняло процесс производства.

Использование наноконусов позволило получить достаточно места для нанесения полимерного проводящего покрытия, применив простой низкотемпературный метод (накапывание на вращающуюся подложку раствора полимера — spin-coating), не требующий дополнительных материалов и затрат.

После тестирования первого прототипа учёным удалось произвести устройство с эффективностью в 11,1%, что является рекордом среди гибридных кремний-органических солнечных батарей (но пока недотягивает до рекордных 23–26%, полученных для батарей на монокристаллическом кремнии).

Кроме того, плотность тока короткого замыкания, представляющая собой величину максимального тока, который может быть сгенерирован этой батареей, лишь немногим меньше «мирового рекорда», установленного солнечной батареей на монокристаллическом кремнии, и очень близка к теоретическому пределу.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.8 (10 votes)
Источник(и):

1. phys.org

2. compulenta.ru