Установлен новый рекорд эффективности сверхтонких солнечных элементов на основе нанокристаллов
Солнечные элементы на основе кремния являются одной из наиболее эффективных систем для выработки электроэнергии из солнечного света. Но их изготовление дорого и энергозатратно. Современные ультратонкие альтернативы в основном состоят из токсичных элементов, таких как свинец и кадмий или содержат дефицитные элементы, такие как индий или теллур.
Исследователи существенно повысили эффективность нового типа солнечных элементов на основе нанокристаллов AgBiS2. Он состоит из нетоксичных, распространенных элементов, произведенных в условиях окружающей среды при низких температурах и с использованием недорогих методов обработки. Нанокристаллы на основе висмута можно интегрировать в ультратонкие солнечные элементы, и они оказались очень стабильными, что позволяет избежать разрушения элемента в течение длительных периодов времени.
Команда спроектировала слои нанокристаллов в клетках с помощью нетрадиционного подхода, называемого инженерией катионного беспорядка. Используя процесс мягкого отжига, они смогли настроить атомные положения катионов в решетке, чтобы фактически вызвать обмен катионов между узлами и добиться однородного распределения катионов.
Исследователи смогли продемонстрировать, что коэффициент поглощения этого полупроводникового материала в 5-10 раз выше, чем у любого другого материала, используемого в настоящее время в фотогальванической технологии, за счет использования различных температур отжига и достижения различного распределения катионов в кристаллической структуре. Это справедливо даже для всего спектрального диапазона от УФ (400 нм) до инфракрасного (1000 нм).
Используя сложное компьютерное моделирование, исследователи из UCL обнаружили, что равномерное распределение атомов серебра и висмута по материалу увеличивает количество света, поглощаемого нанокристаллами, что позволяет генерировать больше энергии. Команда ICFO изготовила сверхтонкий солнечный элемент, обработанный раствором, путем послойного осаждения нанокристаллов AgBiS2 на ITO/стекло. Они зафиксировали эффективность преобразования энергии более 9% для устройства с общей толщиной не более 100 нм, что в 10-50 раз тоньше, чем современные тонкопленочные фотоэлектрические технологии, и в 1000 раз тоньше, чем кремниевые фотоэлектрические. Хотя это может показаться не таким уж огромным, максимальная физически возможная эффективность солнечной батареи составляет 30%, так что это важный результат.
| Новый метод позволит изготавливать перовскитные солнечные элементы со скоростью 12 м в минуту
| Ученые Индийского технологического института Канпур создали органические солнечные панели на бумажной основе
| Тонкие, безрамные солнечные панели Maxeon клеятся непосредственно к крыше и генерируют на 50% больше энергии
«Результаты показывают, как наше исследование, основанное на химии и физике материалов, может помочь в разработке высокопроизводительных и недорогих устройств и поддержать «зеленую» экономику. Эти солнечные элементы добились огромного скачка эффективности менее чем за десятилетие, с 1-2% до 9%. Это дает нам уверенность в том, что дальнейшие улучшения возможны, и цель состоит в том, чтобы еще больше повысить эффективность, поэтому она сопоставима с солнечными элементами на основе кремния», - сказал доктор философии. исследователь Шон Кавана.
Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.