Американские ученые стоят на пути создания дешевой альтернативы кремниевым солнечным элементам

28 Май 2012

Учеными Американского Северо-Западного университета разработан революционный способ производства солнечных батарей на основе сенсибилизированных красителей. Такая технология позволит снизить производственные издержки, а также повысить эффективность работы и срок службы солнечных батарей.

Напомним, не так давно швейцарские специалисты из лаборатории фотоники и интерфейсов (LPI) под руководством профессора Михаэля Гретцеля представили фотоэлектрические ячейки на базе сенсибилизированного красителя. Ученые даже создали полностью функционирующую солнечную батарею с КПД на уровне в 12,3%. Данный показатель стал рекордом для этой технологии, так как типичный КПД фотоэлектрических ячеек данного типа зачастую ниже 8%. В тот раз швейцарские химики заменили стандартные компоненты сенсибилизированного красителя, которыми являются рутений и йод, на порфирин и кобальт. Это позволило увеличить поглощение света, улучшить электронный обмен внутри панели и поднять напряжение.

В то же время кобальт, примененный швейцарцами, в избытке токсичен для организма человека и может быть привести к развитию тяжелых заболеваний. Изобретение Гретцеля имело еще один крупный недостаток — в данном случае электролит, в который погружены наночастицы активного вещества, для сенсибилизированного красителя был изготовлен из органической жидкости, которая зачастую прожигала стенки ячеек и вытекала, что ограничивало срок службы готовых солнечных батарей только 18 месяцами.

Команда ученых Северо-Западного университета, который считается одним из лучших в штате Иллинойс, США, намеревается решить проблему Гретцеля. Эксперт в сфере нанотехнологий Роберт Чанг и химик Меркури Канатзитис решили объединить усилия и опыт, чтобы разработать новые фотоэлектрические ячейки. Для начала они нашли новый материал для электролита. Чанг и Канатзитис решили заменить жидкий электролит твердым веществом — тонкопленочным соединением, состоящим из цезия, олова и йод, которое изобретатели называют CsSnI3. Затем в ход пошел обширный арсенал нанотехнологий.

Ученые описывают состав солнечного элемента следующим образом:

Одна фотоэлектрическая ячейка имеет габариты 0,5×0,5 см. и толщину 10 мкм. Для ее изготовления покрытые красителем сферические наночастицы диоксида титана диаметром 20 нм. погружаются в жидкий раствор нового материала. После испарения растворителя образуется твердая масса, с красителем, выполняющим роль соединения между двумя типами полупроводников.

Экспериментальная солнечная батарея смогла достичь эффективности преобразования света в электричество на уровне 10,2 процента. Показательно немного уступает достижению швейцарцев, но в то же время, по словам экспертов, КПД на уровне 10 процентов обычно считается вполне достаточным для коммерциализации солнечных батарей.

По словам Чанга, новая технология применима к различным видам солнечных батарей и легким тонкопленочным структурам. Новый техпроцесс также совместим с автоматизированным производством. Следующим шагом команды ученых станет создание больших солнечных батарей на основе фотоэлектрических ячеек.

Источник: Портал EnergySafe

Начало активности (дата): 28.05.2012 17:40:14

← Возврат к списку