Технологии Американские исследователи из Северо-Западного университета (Northwestern University) выявили недорогой способ создания солнечных батарей, обладающих существенно более высокой и хорошей эффективностью. В то же самое время производители таких панелей не будут зависеть от токсичных или дефицитных материалов, а сами батареи прослужат дольше обычных, основанных на сенсибилизированных красителях солнечных элементов.
Предыдущие фотоэлектрохимические ячейки Гретцеля (названы по имени швейцарского ученого М. Гретцеля, открывшего цветочувствительные солнечные батареи) на базе сенсибилизированного красителя были экологически чистыми и дешевыми. Полностью функционирующая солнечная батарея при этом обладала КПД на уровне в 12,3 процента. Этот показатель стал рекордным для такой технологии, поскольку типичная эффективность фотоэлектрических ячеек такого типа подчас составляет ниже восьми процентов. Однако изобретение специалистов имело один большой недостаток - электролит клетки для сенсибилизированного красителя был сделан из органической жидкости, которая часто вытекала и прожигала ячейки, ограничивая срок службы солнечных панелей всего лишь 18-ю месяцами.
Команда ученых из Северо-Западного университета вознамерилась решить проблему ячеек Гретцеля. Эксперт в области нанотехнологий Роберт Чанг (Robert P. H. Chang) и химик Меркури Канатзитис (Mercouri Kanatzidis) решили объединить усилия и имеющийся у обоих опыт для того, чтобы выработать новые клетки. Для начала они взяли для электролита новый материал - тонкопленочное соединение, состоящее из цезия, олова и йода и называемое CsSnI3. Вещество изначально жидкое, но в конечном итоге твердеет. Полученные твердотельные клетки по своей сути стабильны. Затем ученые обратились к нанотехнологиям.
"Наш недорогой солнечный элемент использует нанотехнологии для рукоятки", - говорит Чанг. - "Миллионы наночастиц дают огромную площадь эффективной поверхности. Мы покрыли все частицы красителем, поглощающим свет".
Ученые из Северо-Западного университета описывают состав солнечного элемента следующим образом: "Одна фотоэлектрическая ячейка имеет размеры полсантиметра на полсантиметра и толщину около 10 микрон. Покрытые красителем сферические наночастицы диоксида титана погружаются в жидкий раствор нового материала Канатзитиса. После этого растворитель испаряется, а в результате образуется твердая масса. Поглощающий солнечный свет краситель, в котором фотон преобразуется в электричество, находится между двумя полупроводниками".
Солнечная батарея смогла достичь эффективности преобразования света в энергию на уровне 10,2 процента. Это самый высокий показатель твердотельных солнечных батарей, оснащенных сенсибилизированным красителем. Это значение близко к высшей производительности ячеек Гретцеля (примерно от 11 до 12 процентов). Однако десяти процентов КПД обычно достаточно для коммерциализации продукта.
Чанг говорит, что эта концепция применима к различным солнечным батареям и легким тонкопленочным структурам. Новый процесс также совместим, по его словам, с автоматизированным производством. Следующим шагом команды ученых является создание больших солнечных батарей на базе фотоэлектрических ячеек.
Итоги работы американских исследователей были опубликованы в журнале Nature.
