Американские ученые создали легкий и гибкий материал для солнечных панелей

Гибкий и очень легкий элемент для солнечных панелей из диселенида вольфрама с коэффициентом полезного действия (КПД), близким к кремниевым элементам, разработала группа исследователей из Стэнфордского университета, 11 февраля сообщается на сайте сообщества инженеров-электронщиков All About Circuits.

Исследования возможностей применения дихалькогенидов переходных металлов (одноатомный слой переходного металла — полупроводника, между двумя слоями халькогена — одного из химических элементов 16-й группы периодической таблицы) для преобразования световой энергии в электрическую ведутся достаточно давно. Ранее КПД таких элементов находился на уровне 0,7%, тогда на современных кремниевых элементах получен КПД 30%.

В новом исследовании ученым удалось допиться КПД элемента 5,1% с потенциалом роста до 27%. Это сопоставимо с традиционными солнечными панелями, но у нового материала есть ряд преимуществ. Полученный элемент имеет толщину рабочего слоя около 1 нм. Вместе с дополнительными защитными слоями это позволяет делать элементы гибкими и намного более легкими.

Исследователи создали прототип элемента из слоя диселенида вольфрама (WSe2), нанесенного на графеновую подложку. Затем WSe2 покрыли еще двумя слоями — полиимидным и дополнительным антибликовым. В результате элемент имеет в 100 раз большую энергоемкость на килограмм массы, чем лучшие массовые элементы.

Увеличением рабочего слоя до 70 нм с уменьшением толщины полиимидного слоя до 1 мкм можно обеспечить рост энергоемкости элемента до 8,6 Вт/г. Такие элементы можно будет производить произвольной формы, что вместе с легкостью и достаточной прочностью делает их потенциально востребованными в космосе, для носимой электроники и медицинских устройств. Последняя сфера применения проистекает еще из отсутствия токсичных свойств.

Поскольку в космосе используется, в основном энергия, полученная от солнца, особо востребованными новые элементы могут оказаться именно там. Произвольная форма и гибкость элементов позволяет делать солнечные панели намного более легкими и экспериментировать с их формой.

Исследователи в дальнейшем проработать вопросы получения материала в большом количестве при сохранении качества и однородности, а также выявить КПД устройств при падении света под разными углами.