Ученые из Китая разработали недорогие гибкие солнечные батареи из перовскита

Недавно китайские ученые из университета Фудань в Шанхае представили солнечные элементы в виде гибких волокон, которые могут быть вплетены в текстиль. Гибкие, коаксиальные элементы, разработанные из нанотрубок перовскита и углерода, отличаются превосходной эффективностью преобразования в 3,3 процента и низкой стоимостью их производства.

Сегодняшние солнечные батареи либо недорогие и неэффективные, либо имеют приемлемую эффективность, но при этом достаточно дороги. Одним из решений этой дилеммы является использование перовскита, который, в отличие от кремния, имеет невысокую стоимость и не требует никаких дорогих добавок. Перовскиты – это группа материалов, имеющих специальную кристаллическую структуру, похожую на структуру титаната кальция, которые являются полупроводниками и хорошо поглощают солнечный свет. Но самое главное, они могут перемещать электроны, возбужденные фотонами, на достаточно большие расстояния в пределах кристаллической решетки, до того как возвратятся в нормальное энергетическое состояние – это свойство является очень важным для изготовления высокоэффективных солнечных элементов.

Китайские исследователи смогли разработать солнечные батареи из перовскита в виде гибких волокон, настолько тонких, что могут быть вплетены в ткань. Процесс производства таких гибких солнечных элементов относительно простой и недорогой, поскольку в нем используется технология наращивания слоев.

Сердечником волокна является анод, изготовленный из тонкой проволоки нержавеющей стали, покрытой компактным слоем полупроводника диоксида титана. Поверх этого слоя осаждается слой пористого нанокристаллического диоксида титана, который обеспечивает большую площадь поверхности для последующего слоя из перовскита CH3NH3PbI3. Далее следует слой специального органического материала и прозрачный слой углеродных нанотрубок, который действует в качестве катода.

Слой перовскита поглощает солнечные лучи, которые возбуждают электроны, заставляя их переходить в более высокое энергетическое состояние и оставлять на их месте положительно заряженные «дырки». Электроны попадают в компактный слой диоксида титана и двигаются к аноду, а «дырки» при этом захватываются органическим слоем. Большая площадь поверхности и высокая электропроводность углеродных нанотрубок катода помогают быстрому переносу заряда. Как заявляют исследователи, эффективность новых волоконных солнечных батарей превышает аналогичные показатели солнечных элементов с красителями или на основе полимеров.