Новый нано-сэндвич-материал поможет повысить эффективность солнечного элемента на 175%

Одной из приоритетных задач для дальнейшего развития солнечной энергетики является повышение эффективности преобразования солнечных элементов, которая напрямую зависит от коэффициента отражения поверхности элемента – чем он меньше, тем больше солнечного света сможет поглотить элемент и тем больше электричества он сможет генерировать.

Новый сэндвич-материал, разработанный учеными Принстонского университета во главе профессором Стивена Чжоу, позволит решить эту проблему.

За счет минимизации отражения и увеличения процента поглощения солнечного света он позволит увеличить эффективность солнечных элементов на 175 процентов, по сравнению с аналогичными показателями существующих органических солнечных элементов.

Рис. 1.

Разработанный материал исследователи назвали PlaCSH, что расшифровывается как «плазмонные полости с массивом из суб-волновых отверстий».

Материал состоит из пяти очень тонких слоев.

Верхний слой – «оконный», через который проходит солнечный свет. Он изготовлен из очень тонкой металлической сетки. Далее идет слой из прозрачного пластика, а затем слой из любого полупроводникового материала (Чоу использовал пластиковый полупроводник). Далее следует слой оксида титана, слой из алюминия является самым нижним.

Рис. 2.

Суммарная толщина всех пяти слоев составляет всего в 230 нанометров. Толщина и диаметр отверстий в сетке меньше, чем длина волны солнечного света. По словам Чжоу,

именно благодаря этим пространственным характеристикам, новый материал способен поглощать до 96 процентов солнечного света.

Как отмечают ученые, PlaCSH способен преобразовывать поглощенный свет в электричество на 52 процента эффективнее, чем обычные органические солнечные элементы. Материал на 81 процент превосходит существующие солнечные элементы по показателю поглощения света под углом.

Таким образом, общий процент улучшения эффективности материала составляет 175.

Согласно оценкам ученых, PlaCSH может изготавливаться большими листами, став достойной альтернативой дорогостоящим электродам индий-олово-оксида (ITO), которые используются в обычных органических солнечных элементах. Кроме того, за счет высокой гибкости материала новые солнечные элементы станут менее хрупкими.

Исследования Чжоу и его команды относительно использования PlaCSH в неорганических солнечных элементах еще не закончены. В дальнейших планах ученых стоит увеличение эффективности нового материала.