Новый электрод, разработанный учеными УрФУ с коллегами из Ирака и Саудовской Аравии, увеличил эффективность сенсибилизированных красителем солнечных панелей на 42% — с 5,78% до 8,19%. Электрод состоит из относительно недорогих материалов — селена и вольфрама — и благодаря этому может стать альтернативой более дорогостоящим платиновым аналогам. Подробную информацию об исследовании и новом электроде ученые опубликовали в журнале Material Science in Semiconductor Processing.
«Электрод является важным компонентом солнечных панелей, сенсибилизированных красителем. Он отвечает за передачу электроэнергии между различными компонентами устройства. Наш электрод обладает улучшенными электрохимическими и электрокаталитическими свойствами, что позволило повысить эффективность солнечной панели на 42% — с 5,78% до 8,19%. Важно отметить, что наш электрод превзошел по характеристикам платиновый аналог, эффективность которого в лабораторных условиях составила 7,66%», — поясняет соавтор исследования и научный сотрудник кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Абхинав Кумар.
Сенсибилизированные красителем солнечные панели представляют собой фотоэлектрические устройства, в которых используются органические красители для преобразования солнечного света в электричество. В отличие от кремниевых солнечных установок эти устройства имеют простую конструкцию, а также относительно невысокую цену. Однако их коэффициент полезного действия (КПД) меньше, чем у кремниевых аналогов, — и это является серьезным препятствием для их коммерческого внедрения.
«В реальных условиях КПД кремниевых солнечных панелей составляет 15–20%. Это больше, чем у сенсибилизированных красителем солнечных панелей. Однако наличие дорогостоящих материалов в кремниевых устройствах, таких как платина, значительно повышает стоимость всей установки. Чтобы снизить себестоимость производства и приблизить коммерческое внедрение солнечных панелей, мы работаем над модификацией солнечных элементов и изменением состава компонентов на более эффективные и недорогие», — комментирует Абхинав Кумар.
Ученые разработали новый электрод из биметаллического соединения, состоящего из вольфрама и селена. Чтобы улучшить его свойства, физики добавили ионы цинка.
«Легирование ионов цинка в состав селенида вольфрама позволило изменить структуру вещества, улучшить его электронные и электрохимические свойства, а также снизить себестоимость самого электрода. Мы надеемся, что наша дальнейшая работа поможет подобрать оптимальный состав материала для дальнейшего повышения энергоэффективности сенсибилизированных красителем солнечных панелей», — заключает Абхинав Кумар.
Отметим, исследование выполнено совместно с Технологическим университетом Ирака, а также Университетами принца Саттама бин Абдель Азиза и короля Халида (Саудовская Аравия), Инженерно-техническим колледжем, Университетом Аль-Айена, Исламским университетом, Университетом Имама Джафара Аль-Садика (Ирак).
Справка
Солнечные панели принято делить на три поколения. Каждое из них имеет определенные преимущества и недостатки.
Первое поколение представлено традиционными кремниевыми солнечными панелями, которые широко используются в настоящее время. Они высокоэффективны, но их производство чрезвычайно затратно, поскольку для этого требуются дорогостоящие материалы и оборудование.
Второе поколение солнечных панелей — это фотоэлектрические устройства на основе тонких пленок, таких как аморфные кремниевые пленки или кадмий-теллуридные пленки. Они гибкие и относительно недорогие, однако их КПД уступает солнечным панелям первого поколения.
В составе солнечных панелей третьего поколения присутствуют различные по составу материалы — сенсибилизированные красителем солнечные элементы, перовскитные солнечные элементы, органические красители, квантовые точки и т.д. Благодаря дешевизне производства, простоте утилизации и большому спектру применения этот тип панелей может решить проблему широкого коммерческого внедрения фотоэлектрических устройств.
По данным Международного энергетического агентства, большая часть солнечной энергии в 2022 году была произведена в Китае — эта страна сгенерировала около 38% всей солнечной энергии. На втором месте Евросоюз, который произвел 17% от общего объема всей солнечной энергии. Сразу за ним следуют США — им удалось получить 15% от всей солнечной энергии.
Информация предоставлена Отделом научных коммуникаций УрФУ
Источник фото: ru.123rf.com