КПД тонкопленочных солнечных батарей удалось повысить
Стэнфордские ученые нашли способ в разы повысить эффективность солнечных элементов, сенсибилизированных красителем.
Тонкопленочные солнечные элементы, сенсибилизированные красителем, являются...
Стэнфордские ученые нашли способ в разы повысить эффективность солнечных элементов, сенсибилизированных красителем.
Тонкопленочные солнечные элементы, сенсибилизированные красителем, являются новой технологией, которая дешевле в производстве, чем обычные кремниевые солнечные батареи. Такая панель представляет собой пластину из металла или стекла, покрытую фоточувствительной краской. Теоретически с помощью этой технологии в солнечные панели можно превратить стеклянные фасады зданий, окна, крыши и т.д. Однако есть и существенный недостаток. Так, недавно дебютировавшие на рынке тонкопленочные панели имеют эффективность преобразования света в электричество около 11%. И это с недолговечным жидким электролитом, а с твердым КПД еще ниже – около 5%.
Массив кварцевых куполов 600 нм в ширину и 200 нанометров в высоту (верхняя часть фотографии) вдавливается в тонкую пленку диоксида титана и создает углубления (внизу). Заполнение отверстий серебром помогает создать эффективную ловушку для света.
Для того чтобы повысить КПД перспективных панелей, исследователи из Стэнфордского университета использовали специально спроектированный металлический отражатель, применение которого может повысить эффективность тонкопленочной панели с твердым электролитом до 20%. Отражатель представляет собой покрытие из тонкой пленки серебра с массивом наноразмерных выемок. Это помогает задерживать больше света внутри ячейки солнечной панели и повысить КПД на 5-20% в зависимости от типа красителя.
Солнечные батареи на основе красителя состоят из полупроводниковых нанокристаллов (обычно диоксида титана), покрытых молекулами красителя, которые вместе с электролитом находятся между двумя листами стекла или пластика. Краситель поглощает свет и создает электроны и положительно заряженные дыры. Для получения электрического тока кристаллы передают электроны на один электрод, а электролит несет дыры на другой. Обычно работа по повышению эффективности этих ячеек сосредоточена на разработке новых типов красителей и нанокристаллов, но американские ученые использовали новый подход и применили плазмонные отражатели.
Плазмоны – это колебания электронов на поверхности металла при возбуждении светом. Управляя формой поверхности, можно контролировать тип плазмонов, что в свою очередь влияет на взаимодействие света с веществом. Отражатель, изобретенный в Стэнфорде, имеет выпуклости, которые создают плазмоны, поворачивающие часть солнечных лучей на 90°. В результате вместо отражения от серебряной пленки, свет рассеивается и переотражается внутри ячейки, что дает красителю больше времени на "переваривание" фотонов.