| 0 |
|
Коллектив во главе с сотрудниками Университета Пенсильвании и Университета Дрекселя (Филадельфия, штат Пенсильвания) осуществил то, о чем ученые во всем мире мечтали уже около сорока лет: открыл объемный фотоэлектрический материал, способный преобразовывать энергию не только ультрафиолета, но и видимого света. Это достижение было подтверждено испытаниями экспериментального прототипа размерами с планшет на синхротронном оборудовании Advanced Photon Source, расположенном в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (штат Иллинойс).
Новый класс керамических материалов обладает тремя главными преимуществами. Во-первых, он позволяет изготовлять более тонкие солнечные панели, чем те, что получаются на основе кремния, благодаря тому, что один материал выполняет функции двух. Во-вторых, себестоимость таких солнечных батарей меньше, чем современных высокоуровневых тонкопленочных аналогов. В третьих, новый материал является ферроэлектриком, то есть, он может переключать полярность, что имеет важное значение для преодоления теоретических пределов эффективности, справедливых для материалов, применяемых в солнечных батареях сегодня.
Одна из причин низкой эффективности солнечных панелей состоит в том, что частицы, выбитые солнечным светом, распространяются во все стороны. Используя слоистую структуру из различных материалов их заставляют двигаться в нужном направлении, однако при переходах между слоями часть энергии частиц теряется, снижая эффективность солнечных батарей в целом. Новая конструкция выигрывает в этом отношении, так как в ней используется меньшее количество слоев, а ферроэлектрический материал тратит меньше энергии на каналирование заряженных частиц.
Ученым потребовалось более пяти лет для моделирования и проектирования материала, обладающего нужной комбинацией свойств. Результатом стали кристаллы перовскита, сделанные из смеси ниобата калия и ниобата бария никеля. Они способны поглощать в шесть раз больше энергии и обеспечивать в 50 раз большую плотность фототока. Дальнейшая оптимизация состава материала, как обещают ученые, должна еще более улучшить его эффективность.
«Это семейство материалов еще более примечательно тем, что оно состоит из недорогих, нетоксичных и широко распространенных на Земле элементов, в отличие от сложных полупроводниковых материалов, используемых сегодня в эффективных тонкопленочных технологиях солнечных батарей», — отмечает Джонатан Спаньер (Jonathan Spanier), специалист по материаловедению из Дрекселя, один из авторов статьи «Perovskite oxides for visible-light-absorbing ferroelectric and photovoltaic materials», опубликованной по результатам работы в журнале Nature.
Исследовательский коллектив продемонстрировал способность созданного материала перемещать энергию в одном направлении без пересечения слоев, то есть, сводя потери к минимуму. Это свойство, называемое объемным фотоэлектрическим эффектом, известно с 70-х годов прошлого века, однако до сих пор оно наблюдалось только для ультрафиолетового спектра, тогда как значительная доля энергии излучения Солнца приходится на видимый и инфракрасный диапазоны.
Изменяя процентное соотношение компонентов нового материала, его авторы показали, что таким образом они могут уменьшить количество энергии, нужное для активации проводимости — запрещенную зону. «Запрещенная зона исходного материала соответствует УФ-диапазону, — комментирует Спаньер. — но добавка всего 10% ниобата бария никеля перемещает ее в видимую область и приближает к оптимальному значению для эффективного преобразования солнечной энергии».
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
