Швейцарские физики продемонстрировали работу нового поколения солнечных батарей, обладающих рекордно высоким КПД и при этом остающихся достаточно дешевыми по сравнению с обычными фотоэлементами.
Пленки из аналога необычного природного минерала помогли физикам из Швейцарии создать новый вид дешевых солнечных батарей, преобразующих рекордные 20% энергии солнечного света в электричество.
«Лучшие прототипы солнечных батарей на перовскитах используют особые материалы, которые очень сложно изготовлять и очищать. Их минимальная стоимость составляет около 300 евро за грамм вещества, что делает невозможным их коммерческое использование. Для сравнения, наше вещество, FDT, легко изготовлять и оно в пять раз дешевле, и при этом обладает теми же качествами», — заявил Мохаммад Назируддин (Mohammad Nazeeruddin) из Федеральной политехнической школы Швейцарии в Лозанне (EPFL).
В последние годы ученые создали несколько экзотических материалов, позволяющих увеличить эффективность солнечных батарей в несколько раз. В частности, внимание физиков все больше привлекает минерал перовскит и его синтетические аналоги, тонкие пленки которого являются полупроводниками, хорошо преобразующими энергию света в электричество.
Большинство светопоглощающих материалов обладают симметричной кристаллической структурой, что и позволяет электронам свободно течь в разные стороны. Перовскит имеет кубическую кристаллическую решетку, образованную атомами одного металла. Внутри каждого куба находится восьмигранник, образованный атомами кислорода, внутри которого «сидит» атом другого металла.
Взаимодействие между этими атомами заставляет электроны течь в едином направлении, благодаря чему солнечные батареи на базе перовскита обладают крайне высоким КПД, около 12-15%. Назируддин и его коллеги смогли достичь еще более высокого уровня эффективности, не повышая стоимости батареи, создав вещество FDT.
Оно относится к категории так называемых «переносчиков дырок» – особых субстанций, помогающих удалять положительные заряды, так называемые «дырки», из пленки перовскита после того, как в нее попадают частицы света и «выбивают» из нее электроны. По своей химической структуре FDT представляет собой небольшую молекулу ароматического углеводорода, похожую по форме на бабочку с крупными крыльями.
Кончики крыльев этой «бабочки» цепляются за поверхность пленки из перовскита, а ее нижняя часть взаимодействует с атомами йода, служащими источником «дырок» и электронов, и заставляют их быстрее возвращаться в рабочее положение после того, как свет выбьет очередной электрон из кристалла перовскита.
Благодаря ее необычным свойствам, солнечная батарея, покрытая тонким слоем FDT, способна достичь рекордного на сегодняшний день показателя КПД – свыше 20,2%, что чуть выше, чем у солнечных батарей на базе более дорогих «переносчиков дырок». Как надеются ученые, их открытие приблизит нас к появлению действительно эффективных «зеленых» источников энергии.
