3D-графен делает платину ненужной

Ученые из Мичиганского технологического университета устранили главный недостаток одного из наиболее перспективных типов солнечных панелей, так называемых сенсибилизированных красителем солнечных панелей (DSSC).

DSSC – это тонкие, гибкие, простые и дешевые в производстве солнечные панели. Они могли бы стать по-настоящему массовыми, например покрывать сотни тысяч зданий по всему миру, а также крыши миллионов автомобилей и железнодорожных вагонов. Однако ключевым элементом пригодных для эффективного применения DSSC является один из наиболее дорогих металлов на планете - платина. Разумеется, для производства солнечной ячейки нужно крохотное количество платины, но при цене платины $1500 за унцию, стоимость солнечных панелей все равно выходит слишком высокой.

Американским ученым удалось разработать новый, недорогой материал, который может заменить платину в солнечных DSSC-элементах, причем без снижения их эффективности. Новый материал, названный 3D-графен, обеспечивает эффективность преобразования солнечного света в электроэнергию на уровне 7,8%, то есть почти такую же, как и обычные DSSC-ячейки на основе платины (8%). Данного КПД достаточно для коммерческого успеха дешевых DSSC-панелей, которые состоят всего из нескольких частей: двух электродов и электролита, «подкрашенного» особым красителем (обычно это йод).

Изображение 3D-графена, сделанное с помощью электронного микроскопа, видна сотовая структура нового материала, который может заменить платину в очень перспективном виде солнечных панелей

Обычный графен представляет собой двумерную форму углерода, но ученые изобрели новый способ синтеза уникальной «3D-версии» графена, имеющей сотовую структуру. Для этого исследователи объединили оксид лития с окисью углерода в химической реакции, которая образует карбонат лития (Li2CO3) и сотовый 3D-графен. Li2CO3 помогает формировать графеновые листы и изолирует их друг от друга, препятствуя образованию обычного графита. Кроме того, частицы Li2CO3 можно легко удалить из сот 3D-графена.

Эксперименты показали, что соты 3D-графена имеют превосходную проводимость и высокую каталитическую активность, благодаря чему их можно использовать для хранения и преобразования энергии. В результате ученым удалось заменить платиновый электрод на изготовленный из 3D-графена, то есть убрать самую дорогостоящую часть DSSC-ячейки, но при этом сохранить ее эффективность.

По словам разработчиков, синтез 3D-графена является простым и дешевым процессом, а значит можно начать массовое производство солнечных панелей сенсибилизированных красителем. Теоретическая максимальная эффективность таких панелей составляет 30%, что на 4% больше, чем у «традиционных» кремниевых. Так что ученым пока есть над чем работать, хотя и текущие 7,8% для дешевой панели являются очень неплохим показателем.