Ниобий увеличивает КПД солнечных батарей на 25%
Австралийские исследователи сообщают, что им удалось повысить КПД третьего поколения солнечных батарей, по крайней мере, на 25%. Полупроводники в новых сенсибилизированных красителем фотоэлектрических элементах (DSC), разработанных в Королевском Мельбурнском Технологическом Институте (RMIT), сделаны из ниобия (Nb) вместо традиционного диоксида титана (TiO2). Пятиокись ниобия (Nb2O5), которая послужила основой для новых солнечных батарей, является недорогим, химически стабильным и экологически чистым материалом. Возможно, этот оксид металла является именно тем материалом, который все это время искали ученые со всего мира.
Сенсибилизированные красителем солнечные батареи дешевле и могут функционировать при рассеянном свете, что делает технологию довольно перспективной для создания интегрированных в здание фотоэлектрических покрытий (BIPV). По словам одного из исследователей Куроша Калантара, который является профессором электротехники и вычислительной техники в RMIT, лучшие на сегодняшний день образцы DSC были ограничены КПД на уровне до 12,3%. Причем этот показатель достигался исключительно в лабораторных условиях. Калантару и его коллегам удалось получить КПД, которое, по крайней мере, на 25% больше, чем при использовании традиционных вариантов DSC в той же конфигурации.
Отдельные фотоэлектрические ячейки на основе ниобия показали КПД в 4,1% по сравнению с 3% для титановых ячеек той же толщины. Таким образом, австралийские ученые смогли повысить эффективность преобразования фотонов в электроны для сенсибилизированных красителем солнечных батарей примерно на четверть. Это достижение может представлять собой важную веху в продвижении технологии на массовый рынок и ее коммерциализации. Группа специалистов из RMIT по микро / наноэлектронике считает, что им удастся «поднять общее КПД до 15%».
«Ключ к этому замечательному достижению лежит в создании специальной нано-архитектуры на базе ниобия с помощью простой в управлении и высокопроизводительной техники,» объясняет доктор Калантар. Для достижения этого прорыва команде ученых пришлось преодолеть одну проблему: заставить ниобий пропускать электроны без рассеяния. Этого удалось достичь при помощи анодирования, за счет которого в структуре материала были созданы направленные и непрерывные дорожки для переноса электронов.
Результаты работы Калантара и его команды были опубликованы в журнале ACS Nano. Согласно статье, ниобий принимает больше красителя, чем диоксид титана, таким образом, солнечные батареи на его основе могут поглощать больше солнечного света. Ниобий имеет несколько более оптимальную электронную зонную структуру и, следовательно, с его помощью увеличивается производимое напряжение, а генерируемые электроны могут дольше просуществовать в этом материале, следовательно, повышается фототок.
Австралийцы уверены, что их работа может обеспечить эффективное решение для повышения КПД DSC до уровня традиционных кремниевых солнечных батарей. Следующий шаг исследователей заключается в повышении толщины пленки из нано-ниобия до оптимального уровня, чтобы можно было полностью раскрыть ее потенциал. Предполагается, что нужно довести толщину слоя Nb2O5 до 15 мкм для получения оптимальной эффективности. Максимальная толщина, которую ученым пока удалось достичь, равна 6 микронам. Чем толще слой ниобия, тем больше красителя он может содержать.
<Источник: energysafe.ru