Солнечные батареи толщиной один нанометр

Большинство работ по усовершенствованию солнечных батарей, как правило, нацелены на повышение эффективности преобразования энергии, или на снижение себестоимости производства. Коллектив из Массачусетского технологического института (MIT) под руководством адьюнкт-профессора Джеффри Гроссмана (Jeffrey Grossman) поставил перед собой задачу, получить наиболее тонкую и легкую солнечную панель, используя двумерные материалы одноатомной толщины, такие как графен или дисульфид молибдена.

Итоги их исследования, достигнутые в ходе компьютерного моделирования таких устройств, опубликованы в журнале Nano Letters.

Для солнечной батареи из двух слоев таких материалов общей толщиной 1 нм, Гроссман с коллегами предсказывает эффективность преобразования света в электричество от 1 до 2 процентов. Это выглядит скромно в сравнении с 15-20% у коммерческих кремниевых элементов, если не принимать во внимание, что речь идет об устройстве в сотни тысяч раз тоньше стандартных солнечных батарей, и в 20-50 раз тоньше самой тонкой солнечной батареи, полученной до сих пор.

Увеличение количества слоев способно существенно увеличить эффективность преобразования, до уровня, сопоставимого с показателями устоявшихся солнечных технологий, утверждает первый автор статьи Марко Бернарди (Marco Bernardi). За счет малой массы, по количеству энергии, производимой на единицу веса, такие панели имеют шанс превзойти все известные субстанции, за исключением, реакторного урана.

Для приложений, где масса является критическим фактором, таких как авиационная и космическая техника, подобные легковесные солнечные батареи могут оказаться привлекательными уже в сегодняшнем виде, считает Бернарди. Кроме легкости, составляющие батарею материалы, сами по себе стоят гораздо меньше, чем сверхчистый кремний, требуемый для стандартных солнечных элементов. Еще одним важным их достоинством является стабильность при контакте с воздухом (другие фотоэлектрические материалы приходится защищать слоем стекла).

Ученые подчеркивают, что работы в этом направлении только начались. В частности, помимо исследовавшихся ими дисульфида молибдена и диселенида молибдена, имеется множество других двумерных материалов, потенциал которых еще предстоит изучить. Группа также работает над изготовлением реально функционирующих прототипов на основе созданной компьютерной модели.

Отдельным направлением исследований остается крупномасштабное производство дисульфида и диселенида молибдена. В настоящее время такие методики неизвестны, но, по мнению авторов работы, эта проблема вполне решаема.

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