Российские ученые нашли новый материал для солнечных батарей

Солнце – это неиссякаемый источник энергии, который даёт человечеству сама природа. Вот только превратить его в электричество совсем не просто. Для этого применяют солнечные батареи, которые позволяют преобразовать энергию светила в ток.

Прогресс в этой области, как и везде, не стоит на месте, позволяя постоянно улучшать полезные свойства данных изделий, убирая при этом разного рода недостатки. Здесь нужно уточнить, что полезными считаются не только качества, относящиеся к КПД (коэффициент полезного действия), но и другие моменты экономического, технологического, производственного характера и др. Российские научные работники сделали большой шаг вперёд в усовершенствовании солнечных батарей.

Разъяснительный момент

Частенько работа солнечных батарей осуществляется при участии элемента на основе кремния. Это понятно и привычно. Вот только будет больше толка, если в “световых электрогенераторах” использовать перовскитные элементы (ПСЭ). В плане выработки электричества ПСЭ равны элементам на основе кремния, но толщина данного материала в 180 раз меньше, чем элемента из кремния. Кроме того, изготовить ПСЭ проще, нежели более привычный аналог.

Впрочем, есть у перовскитных элементов и недостатки. Главным из них является низкий уровень стабильности. Решение заключается в поиске новых веществ, которые позволят транспортировать заряд, полученный в ПСЭ.

Транспортировочный вопрос решается с помощью использования фуллеренов (один из видов чистого углерода, в котором строение атомов образует кристаллическую решётку, имеющую форму мяча для футбола). Впрочем, у них тоже есть свои минусы. К ним можно отнести, например, небольшой коэффициент поглощения света, а также низкую морфологическую устойчивость. Кроме того, для изменения их электронных характеристик приходится прикладывать достаточно заметные усилия. Минус есть и по экономической части, поскольку иногда их использование приносит лишь убытки.

Шаг вперёд

Команда учёных из России предложила новое вещество для производства элемента солнечных батарей, которое имеет ряд преимуществ в сравнении с прежними материалами. В работе приняли участие деятели науки из УрФУ (Уральский федеральный университет), ИОС УрО РАН (Институт органического синтеза Уральского отделения Российской академии наук), а также представители других научных организаций. Результат данного труда размещён на страницах журнала New Journal of Chemistry.

Новый материал предназначен как раз для перемещения заряда, получаемого благодаря процессам в ПСЭ. Впрочем, основным плюсом новой разработки является отнюдь не повышенные преобразовательные качества. Новый материал, как говорят учёные, позволяет превращать энергию светила в электрическую на двенадцатипроцентном уровне эффективности. Этот показатель примерно равен характеристикам тех “световых электрогенераторов”, которые предлагаются потребителям в настоящий момент.

По словам Г. Русинова, являющегося доцентом кафедры оргсинтеза УрФУ, молекулы нового материала в плане транспортировочного функционала электронов пусть немного, но уступают уже применяемым в настоящий момент фуллеренам. Преимущество новой разработки кроется в экономике и технологиях. К примеру, молекулы данного материала намного проще синтезировать, что позволяет упростить производственный процесс и уменьшить затраты примерно вдвое.

“Найденное нами семейство молекул переносит электроны в ПСЭ чуть хуже применяемых сегодня фуллеренов, однако дешевле их примерно в два раз, производится намного проще и обладает рядом других технологических преимуществ”, — объяснил доцент кафедры технологии органического синтеза УрФУ Геннадий Русинов.

Важно отметить, что характеристики оптического, электронного и электрохимического характера молекул предлагаемого материала можно изменить с намного большей лёгкостью, чем у тех же фуллеренов. Более того, эти молекулы обладают дипольными свойствами. Это имеет большое значение с точки зрения дальнейших улучшений ПСЭ. Ещё одним преимуществом данной разработки является то обстоятельство, что производить его в России можно без участия зарубежных бизнес-структур. Это особенно важно, учитывая нынешнюю сложную геополитическую обстановку. В планах команды научных работников продолжить изыскания по выявлению новых веществ, необходимых для улучшения качественных характеристик солнечных батарей.