Ученые из РФ нашли способ повышения эффективности солнечных батарей
Специальную пасту на основе наночастиц кремния и диоксида титана для повышения эффективности работы перовскитных солнечных батарей разработали российские ученые из Нового физтеха ИТМО. Результаты их исследований опубликованы 12 сентября в научном журнале Nano Energy.
В основе метода лежит идея повысить генерацию фототока за счет более оптимального распределения света в материале перовскитной солнечной батареи. Для этого ученые просто создали коллоидный раствор из частиц кремния, который позволил повысить эффективность солнечных батарей даже самой простой конструкции до максимума.
«Это буквально модернизованная паста, которая необходима перовскитным элементам для селективного сбора зарядов, в которую просто добавляются резонансные наночастицы в необходимом количестве, после чего она наносится во время производства солнечных элементов», — рассказала младший научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Александра Фурасова, которая является первым автором исследования. Она пояснила, что данная паста просто наносится на поверхность солнечной батареи при изготовлении, а стоимость получения наночастиц кремния невысока.
Ученые также рассмотрели влияние рассеяния света в пасте от расстояния между наночастицами в пасте и подобрали оптимальную концентрацию, чтобы сконцентрировать весь световой поток в перовскитной области элемента. Таким образом, исследователям удалось получить максимальную для данного типа солнечных батарей эффективность конверсии света в электричество.
Авторы отметили, что предложенная технология является универсальной для всех типов перовскитных батарей и проста во внедрении, а ее стоимость невысокая.
«Полученная паста — универсальный продукт, который может быть применен и при создании перовскитных солнечных батарей иных типов, а также для производства фотодетекторов и других оптоэлектронных устройств на основе перовскитов», — рассказал профессор Нового физтеха ИТМО Сергей Макаров.
Напомним, перовскит — редкий в природе минерал титанат кальция, названный в честь графа Л. А. Перовского, который был известным коллекционером минералов. Впервые был обнаружен в 1839 году в Уральских горах немецким геологом Густавом Розе.
В 2019 году эффективность перовскитных солнечных батарей была доведена до 25,2%, вплотную приблизившись к кремниевым твердотельным элементам, у которых этот показатель 26,7%. При этом ученые уверены, что достигнутый показатель — не предел.
Интересной особенностью перовскита является возможность настроить солнечную батарею на определенные длины волн падающего света, изменяя способы выращивания минерала или его состав. При этом его можно наносить поверх обычной солнечной батареи, увеличивая отбор электричества из светового потока на 30%.
Ученые считают его очень перспективным материалом для замены дорогих кремниевых фотоячеек, составляющих классические солнечные батареи. Одним из его недостатков является нестабильность его электрофизических свойств во времени, однако исследователи надеются добиться прорыва и в этом направлении.
