Новаторская разработка: созданы полупрозрачные фотоэлектрические панели для стекол

Новости МирТесен

Эти материалы применимы для изготовления дисплеев, стекол для теплиц, окон в зданиях и автомобилях.

Японские ученые из Университета Тохоку создали солнечные батареи с уровнем видимости до 79%, используя тонкие полупроводниковые слои, состоящие из металла и халькогена. Как отмечают авторы исследования, «прозрачные фотоэлектрические элементы обладают более широким спектром применения по сравнению с обычными непрозрачными аналогами». в статье, опубликованной в Nature Scientific Reports.

Хотя в последнее время были достигнуты успехи в разработке полупроводников на основе перовскитов и органических веществ, создание прозрачных элементов с уровнем пропускания света выше 70% оставалось невозможным. Для улучшения характеристик солнечной панели японская группа исследователей сосредоточилась на элементах Шоттки – потенциальном барьере, возникающем в полупроводниковом слое при контакте с металлом. В качестве исходных компонентов были использованы оксид индия-олова (наиболее распространенный прозрачный проводящий оксид) и монослой дисульфида вольфрама.

Дисульфид вольфрама относится к классу дихалькогенидов переходных металлов (transition metal dichalcogenide, TMD) — тонких проводников, состоящих из переходного металла и халькогена. И они действительно тонкие — всего три слоя атомов, слой металла располагается между слоями халькогена. Дихалькогениды переходных металлов рассматриваются учеными как одни из наиболее перспективных материалов для производства солнечных панелей с высокой степенью прозрачности. Это обусловлено тем, что данные материалы эффективно работают в видимом спектре света, а также обладают почти полной прозрачностью.

Японские ученые предприняли попытку оптимизировать контактный слой, соединяющий элементы устройства. Благодаря добавлению тонкого слоя оксида вольфрама, эффективность преобразования электроэнергии возросла в тысячу раз по сравнению с элементами, использующими стандартные электроды из оксида индия-олова. Однако, возникли трудности, связанные с возможностью масштабирования этой технологии и ее внедрением в практику.

Увеличение числа и размеров компонентов нередко ведет к уменьшению мощности. Однако исследователям удалось разработать «архитектурное решение, удобное для массового производства подобных элементов».

Им удалось достичь мощности в 420 пиковатт с солнечной панели размером один квадратный сантиметр и прозрачностью 79 процентов. Этот результат является наивысшим для элемента такой толщины, изготовленного на основе дихалькогенидов переходных металлов.

Полупрозрачные фотоэлектрические модули меняют повседневность. От компактных гаджетов до зданий со стеклянной облицовкой – вокруг нас раскинулись огромные площади, составляющие миллиарды квадратных метров. Однако для широкого распространения данное решение должно быть доступным по цене и простым в изготовлении.