Солнечные элементы на основе хны изобретены в Бахрейне

Группа учёных из Университета Бахрейна и Университета Ахлиа в статье, опубликованной в свежем номере Journal of Nanotechnology, сообщила о разработке солнечных элементов на основе природных красителей. По сути они моделируют процесс фотосинтеза и выступают как генераторы экологически чистой, «зелёной» энергии.

Считается, что солнечные элементы на основе искусственно синтезированных красок имеют большое будущее. Они относительно недороги и просты в изготовлении: достаточно покрасить, например, дом краской, приготовленной из квантовых точек диоксида титана, чтобы получить гигантскую солнечную батарею. Такие технологии успешно разрабатываются. Но вместе с тем учёные ищут ещё более незатейливые, дешёвые и, главное, абсолютно безопасные способы создания подобных устройств. Группа учёных из Университета Бахрейна и Университета Ахлиа в статье, опубликованной в свежем номере Journal of Nanotechnology, сообщила о разработке солнечных элементов на основе природных красителей. По сути они моделируют процесс фотосинтеза и выступают как генераторы экологически чистой, «зелёной» энергии.

Солнечный элемент – устройство, которое превращает фотоны с определённой длиной волны в электричество. В настоящее время в фотоэлектронике в основном применяются полупроводники, в том числе кристаллический кремний. Однако считается, что большие перспективы имеет другой менее сложный и дорогостоящий путь создания солнечных элементов: внедрение молекул красителя в широкую запрещённую зону полупроводниковых электродов.

Немецкие учёные в своё время стали лидерами в разработке таких устройств на основе плёнок нанокристаллического оксида титана с металлоорганическим комплексом. Но, несмотря на внешнюю простоту этого способа изготовления солнечных элементов, синтез искусственных красителей оказался делом довольно сложным и не таким дешёвым, как того хотели учёные.

Коллектив авторов из двух вузов маленького арабского королевства Бахрейн – Университета Бахрейна и Университета Ахлиа – придумал, как усовершенствовать «солнечную краску». Исследователи обнаружили, что сама природа может быть источником натуральных, нетоксичных и дешёвых красителей с высоким уровнем адсорбции в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях. Объектом их исследования стали бахрейнская и йеменская разновидности хны.

Экспериментально авторы доказали, что

оба типа красителей имеют высокую степень светопоглощения во всех областях солнечного спектра. Это указывает на то, что хна может стать перспективным светопоглощающим материалом для наноструктурированных солнечных элементов.

Учёные изготовили такие элементы из четырёх частей: электрода, противоэлектрода, слоя наноструктурного оксида титана, молекул красителя и электролита. Электроды при этом покрывали тонким прозрачным проводящим слоем оксида олова; нанокристаллический оксид титана осаждали на проводящий электрод (такой электрод называется фотоэлектродом) для обеспечения необходимого пространства, на которое, в свою очередь, адсорбировались молекулы красителя.

Средняя оценка эффективности солнечных элементов на основе природных красок, согласно измерениям учёных, оказалась равной десяти процентам – именно такое количество падающего солнечного света преобразовывалось в электроэнергию.

В целом для фотоэлементов это весьма посредственная величина, но для устройств на основе натуральных красителей – довольно приличная, во всяком случае, она позволяет применять элементы в сборных солнечных модулях, обеспечивающих электрической энергией крупные промобъекты.

Главное преимущество солнечных элементов на основе природных красок в том, что они экологически чистые, а значит, могут быть без опаски интегрированы в здания для их самообеспечения электроэнергией.