Учёные разработали полупрозрачные солнечные элементы с проводящим слоем из частиц золота

Специалисты из Университета в Пенсильвании заявили о разработке полупрозрачных солнечных элементов, имеющих высокую эффективность. Они могут быть объединены со стандартными кремниевыми фотоэлементами для повышения производительности. По мнению учёных, это большой шаг к созданию полностью прозрачных фотоэлементов.

Фото: Penn State

Традиционные кремниевые элементы приблизились к своим пороговым значениям по выработке электроэнергии. Поэтому специалисты работают над полупрозрачными солнечными панелями, которые устанавливаются поверх традиционных панелей. В такой связке они могут обеспечить значительно лучшую производительность.

Исследователям удалось доказать, что электроды можно изготавливать очень малой толщины. У них они состоят из нескольких атомных слоев золота. Такой слой имеет высокую электропроводность и не оказывает влияние на способность панели к поглощению солнечного света. Первый солнечный элемент, который разработала группа в Университете Пенсильвании, имел КПД 19,8%. При использовании вместе с традиционным кремниевым элементом система показала КПД 28,3%. У обычных фотоэлементов этот показатель в лучшем случае 23,3%.

Увеличение КПД на 5% является огромным скачком вперёд. Это обеспечит выработку электроэнергии на 50 Вт больше с каждого квадратного метра солнечных панелей. С учётом того, что солнечные электростанции состоят из тысяч модулей подобного размера, прирост выработки электричества будет огромный. До этого следователи также использовали ультратонкие плёнки из золота, но раньше наблюдались проблемы с созданием однородного слоя. Это ухудшало его проводимость. Сейчас проблемы удалось решить.

Для формирования непрерывного ультратонкого слоя золото специалисты использовали в качестве затравочного слоя хром. Этот элемент имеет высокую поверхностную энергию, которая обеспечивает пространство для роста этой непрерывный тонкой золотой пленки. Без него наночастицы золота собираются в небольшие островки и проводимость нарушается.

Такие полупрозрачные собирающие солнечные панели были названы перовскитными солнечными панелями. Структура перовскита (в данном случае полупрозрачный слой) выполняет роль светособирающего активного слоя. Такие солнечные элементы состоят из пяти и более слоев. Электроды из нанослоя золотых частиц показывают высокую стабильность работы и сохраняют хорошую эффективность при эксплуатации со временем.

Создатели этой разработки из Университета Пенсильвании (Tao Ye, Jungjin Yoon, Yuchen Hou) считают, что сочетание перовскитных и стандартных кремниевых панелей является верным направлением для повышения эффективности солнечных панелей. В исследовании также участвовали специалисты педагогического университета Шэньси, Университет Хубэй, Китайская Академия наук, а также командование по развитию боевых возможностей армии США. Финансирование исследований предоставили Армейский фонд быстрых инноваций, Управление военно-морских исследований и Управление научных исследований ВВС США.