Титан для детоксикации сонечных батарей

За последние несколько лет солнечные батареи из перовскита очень хорошо себя зарекомендовали. Однако осталась нерешенной одна проблема – необходимость использования токсичного свинца в составе фотоэлемента. И вот ученые из Университета Брауна нашли способ как заменить его на относительно безвредный и безопасный титан.

Новый материал перовскит, как оказалось, больше подходит для создания фотоэлементов для солнечных батарей, чем популярный кремний. Он более прочный и гибкий, но, что самое главное, намного дешевле в производстве. Правда изначально его электрическая эффективность (коэффициент преобразования солнечной энергии в электричество) составляла всего 4 %. Это было в 2009 году. К 2016 эффективность удалось поднять до приемлемых 26 %.

Но осталась другая проблема – необходимость использования свинца в составе активного фотоэлемента. А это делало невозможным широкое коммерческое использование новых элементов питания. И вот исследователи из Университета Брауна совместно со своими коллегами из Университета Небраска-Линкольна нашли способ, как исключить свинец из состава фотоэлемента.

Путем компьютерного моделирования исследователи выявили, что теоретически заменить свинец можно цезием, титаном или галоидом брома. На следующем шаге ученые на практике перепробовали все заменители, выявляя не только самый безопасный и дешевый из них, но и самый эффективный в плане преобразования фотонов солнечного света в поток электронов – электрический ток. Им оказался титан.

Исследователи создали титан-перовскитные полупроводниковые пленки с шириной запрещенной зоны от 1,8 электрон-вольт. Данная характеристика означает, что материал может поглощать высокоэнергетические фотоны.

Но и это еще не все. Ученым оставалось придумать куда девать низкоэнергетические фотоны. Поскольку перовскит физически является полупрозрачным, часть фотонов проходит через него практически не оказывая никакого воздействия. Чтобы решить эту проблему ученые добавили тонкий слой кремния. В результате уйти полностью от этого дорогого материала не удалось, но зато благодаря многослойной структуре большее число фотонов удалось «отловить» и преобразовать в электроны.

Источник информации: Университет Брауна (https://news.brown.edu/)