Наноконусы увеличивают производительность солнечных элементов

Исследователи из Стэндфордского университета под руководством профессора Майкла Макги нашли способ, который позволит увеличить производительность солнечных батарей на основе кремния и уменьшить их себестоимость. Он заключается в придании светочувствительной пластине из кремния структурированной формы в виде небольших конусообразных выступов, а затем покрытию ее проводящим органическим полимером.

Одна из самых больших проблем области науки, занимающейся разработкой альтернативных источников энергии и в частности солнечных батарей, заключается в достижении экономической жизнеспособности новых разработок. На сегодняшний день цена солнечного модуля в среднем равняется 1 $ на 1 Ватт производимой электрической мощности. Но чтобы реально конкурировать с традиционными источниками энергии, нужно улучшать данный показатель. То есть либо уменьшать себестоимость, либо увеличивать производительность. Кстати, что касается элементов на основе кремния, то большая часть себестоимости уходит на процесс производства светочувствительных пластин.

Американские ученые предложили более дешевое производство и одновременно лучшую производительность. Идея состоит в том, чтобы делать пластину не идеально ровной, а структурированной в виде множества микроскопических конусов. Вдобавок кремний покрывается специальным проводящим органическим полимером, что позволяет отказаться от дополнительно используемых материалов. Как же достигается одновременно и экономическая выгода и большая энергоэффективность? Ученые объяснили, что за счет применения структурированной формы пластины уменьшается расход кремния при производстве – одного из самых дорогих элементов солнечной батареи. Вдобавок к этому, та же структурированная форма поглощает значительно больше солнечного света, а проводящий полимер дополнительно усиливает энергетическую эффективность.

Ученые также вычислили идеальную форму используемых наноконусов – соотношение высоты к диаметру основания должно равняться единице. По их мнению, что впрочем подтверждают и проведенные исследования, такая форма поверхности обеспечивает максимальное поглощение света. К тому же метод производства подобных элементов не требует использования высоких температур, то есть затраты еще дополнительно снижаются.

Тестирование новых гибридных солнечных элементов показало достаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД), который равняется 11,1%. Среди гибридных кремниевых и органических солнечных элементов на сегодняшний день это самый высокий показатель. Кроме этого ученым удалось добиться почти самого большого значения тока короткого замыкания – тока при кратковременном замыкании положительного и отрицательного электрода батареи, уступив лишь солнечным элементам из монокристаллического кремния.

Подобные разработки в области освоения и создания альтернативных источников энергии позволяют нам более реально смотреть на перспективу скорого истощения традиционных энергетических ресурсов, которое так уверенно прогнозируют экологи. Ученые всего мира стремятся как можно быстрее сделать источники электрической энергии более доступными и экологически чистыми. Что ж поживем, увидим.