Микрограбли вдвое улучшат эффективность дешевых солнечных батарей

Исследователи из Национальной лаборатории ускорителя SLAC и Стэнфордского университета разработали несложную технологию производства, которая в перспективе может вдвое увеличить выход электроэнергии у недорогих солнечных элементов.

Хотя цены на кремниевые солнечные элементы все время падают, на то, чтобы окупить их приобретение и установку все еще уходит от пяти до пятнадцати лет. На их изготовление также тратится большое количество энергии, что уменьшает их значение как источника экологичной и возобновляемой энергии.

Полимерные фотоэлектрические элементы делаются из недорогих материалов и стоят намного меньше, зачастую их установка сводится просто к покраске крыши. Лабораторные образцы таких батарей преобразуют в электричество более 10% солнечного света, но коммерческие полимерные панели имеют весьма невысокую эффективность – менее 5%, в 4-5 раз хуже, чем у большинства кремниевых солнечных батарей.

В новых экспериментах, о которых рассказывается в журнале Nature Communications 12 августа, при нанесении светочувствительного полимера на поверхность солнечных батарей использовались микроскопические грабли. Это позволило увеличить эффективность преобразования энергии на 18% по сравнению с полимерными элементами, изготовленными с помощью традиционного ровного микроскопического лезвия.

В процессе покраски полимерами проводящей поверхности они продавливались сквозь «щетку» из нескольких рядов немного наклоненных жестких микростержней высотой 1,5 мкм и расположенных с интервалом 1,2 мкм. Небольшая скорость продавливания, 25-100 мкм/с, позволяла распутывать клубки больших полимерных молекул, которые высыхая образовывали нанометровые кристаллы одинакового размера с улучшенными электрическими свойствами.

Два типа полимеров – доноры, преобразующие свет в электроны, и акцепторы, накапливающие эти электроны до передачи в сеть, – в таких кристаллах находятся на оптимальном расстоянии: достаточно близко для быстрого обмена электронами, но не настолько, чтобы акцептор получал электроны обратно до выведения их во внешнюю цепь в составе электрического тока.

Авторы надеются, что коммерческая реализация метода, известного как FLUENCE (fluid-enhanced crystal engineering), поможет сделать полимерные элементы привлекательной альтернативой более дорогим устройствам на основе кремниевых кристаллов.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365