Ученые разработали новый материал для солнечных фотоэлементов

Новый тип бумаги, который изготовлен из древесных волокон, но при этом имеет прозрачность до 96 процентов, может стать революционным материалом для солнечных фотоэлементов нового поколения. Изготовленная из растений, бумага является недорогим и более экологически чистым материалом, чем пластиковые подложки, используемые в солнечных элементах. Тем не менее, его самое весомое преимущество заключается в достижении оптимального соотношения между оптической прозрачностью и оптической мутностью, что является труднодостижимым в большинстве материалов.

Команда исследователей из Университета штата Мэриленд, Южно-Китайского технологического университета и Университета Небраски-Линкольна опубликовали описание нового материала в недавнем выпуске онлайнового журнала Nano Letters.

Как объясняют исследователи, высокопроизводительные солнечные элементы должны обладать как хорошей оптической прозрачностью (для обеспечения максимальной передачи света), так и высокой оптической мутностью (для увеличения рассеяния и, следовательно, поглощения проходящего света в материале).

Новая бумага на основе древесины имеет сверхвысокую прозрачность (96%) и сверхвысокую оптическую мутность (60%), последний показатель является самым высоким среди имеющихся прозрачных подложек. Эти показатели стали достижимы, благодаря особой структуре нового материала – нанопористой.

Обычная бумага состоит из древесных волокон и имеет низкую оптическую прозрачность за счет микро-резонаторов, которые существуют в пределах пористой структуры и вызывают рассеяние света. В новой бумаге эти микропоры были устранены для улучшения оптической прозрачности. Для того, чтобы добиться этого, исследователи обработали волокна древесины методом под названием TEMPO и тем самым ослабили водородные связи между микроволокнами древесины. Это привело к раздуванию древесных волокон и их последующему сворачиванию в плотную структуру, содержащую нанопоры.

Для того, чтобы проверить нанопористую бумагу в качестве подложки, исследователи подложили нее под поверхность кремниевой пластины. Эксперименты показали, что вновь полученное устройство может собирать солнечный свет с повышением эффективности до 10%. Более того, даже уже у установленных солнечных батарей можно увеличить эффективность, если добавить к ним дополнительный слой новой бумаги.