Швейцарские физики создали сверхэффективные солнечные батареи

,1 февраля 2016

© Фото: Sven M. Hein/EPFL


Физики из Швейцарии представили солнечные батареи нового поколения. Инновационные панели имеют рекордно высокий КПД, при этом их стоимость не слишком значительно превышается расценки на классические фотомодули. В качестве преобразующего элемента использовались пленки из особого минерала (именно это позволило удержать их стоимость на приемлемом уровне). КПД новых модулей составляет 20%, как сообщил журнал Nature.

По словам Мохаммада Назируддина (Федеральная политехническая школа Швейцарии, г.Лозанна (EPFL)) используемое в батареях вещество FDT очень легко изготавливать, стоимость же его при этом в 5 раз ниже затрат на изготовление перовскитов. Характеристики же FDT и перовскитов аналогичны. Ранее лучшим КПД обладали гелиопанели на перовскитах, но их производство сопряжено с определенными технологическими трудностями, в частности – с очисткой.

За последние несколько лет было создано несколько искусственных фотоэлектрических материалов. Их применение позволило ощутимо повысить КПД солнечных панелей. Особый интерес ученых при этом вызвал полупроводниковый минерал перовскит и полученные на его основе синтетические аналоги. Тонкие пленки из перовскита отличаются повышенной способностью к преобразованию солнечной энергии в электрическую.

Как правило, светопоглощающие материалы имеют симметричную кристаллическую решетку, именно поэтому электроны под действием солнечных лучей могут свободно перемещаться в разных направлениях. Кристаллическая решетка перовскита имеет кубическую структуру из атомов одного металла. Она представляет собой вписанный в куб восьмигранник из атомов кислорода, внутри него размещается атом иного металла.

Между данными атомами действуют определенные силы взаимодействия, вследствие чего электроны перемещаются лишь в одном направлении. Именно поэтому КПД перовскитных батарей достигает 12-15%, что весьма значительно на фоне показателей остальных материалов.

Ученым под руководством Назируддина удалось увеличить этот порог без увеличения стоимости материла путем создания вещества FDT. FDT представляет собой так называемый «переносчик дырок» («дырка» - положительно заряженная область, оставшаяся после перемещения из нее электрона). «Дырки», оставшиеся в перовскитной пленке после перемещения электронов, благодаря этому веществу удаляются из материала.

Структурно FDT является небольшой молекулой ароматического углеводорода, схожей по форме с бабочкой. Кончики «крыльев» молекулы соединяются с поверхностью перовскитной пленки, нижняя часть при этом образует зону взаимодействия с атомами йода. Именно эти атомы и служат «источником дырок». В результате такой структуры атомарный йод быстрее возвращается в «рабочее состояние», после того как электроны под действием лучей переместятся из кристалла перовскита.

Наличие тонкопленочного покрытия из FDTпозволяет повысить КПД батареи до 20,2%, что является рекордным на сегодняшний день показателем. Эта цифра лишь не намного превышает показатели гелиопанелей на основе более дорогих в производстве материалов с аналогичными свойствами. По словам ученых, они надеются, что внедрение таких материалов сделает альтернативную энергию еще более доступной и окупаемой.

Поделиться: