Новые красители увеличат эффективность солнечных батарей

Очередная разработка ученых Института органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН повысила КПД фотоэлектрохимических ячеек на 4,41%.

Сообщение об этом в научно-популярном онлайн-журнале «Энергия+» привлекло внимание общественности, ведь благодаря инновации уральских ученых солнечные батареи смогут функционировать более продуктивно.

Для чего повышают электронную плотность в молекулах?

Чтобы увеличить энергоэффективность таких панелей, ученые предложили в качестве красителей для конструктивных элементов (ячеек) использовать специальные сложные органические вещества. Последние выполняют функции доноров электронов, т. е. повышают в молекулах красителя электронную плотность. Чем больше данный показатель, тем выше проводящие свойства красящего вещества и, соответственно, энергоэффективность фотоэлектрохимических ячеек.

Чтобы получить такой краситель, сырье подвергают синтезу. Он включает в себя 7–8 стадий, состоящих из различных технологических операций: от смешивания, нагрева до фильтрации и экстрагирования (специальной технологии извлечения необходимых компонентов). Как пояснил руководитель лаборатории перспективных органических материалов института Александр Стапарук, полученный краситель предназначен для вскрытия поверхностей из диоксида титана. Указанный материал является полупроводником, и существуют различные методы по усилению поглощения тем солнечного света в видимом спектре.

Ученые стремятся достичь теоретического максимума

Если сравнивать классические кремниевые и сенсибилизированные солнечные батареи, то у вторых себестоимость ниже. Это вполне закономерно, ведь они требуют более простых технологий изготовления и сравнительно недорогих материалов для производства изделий. Каждая сенсибилизированная солнечная батарея состоит из 2 электродов и йодсодержащего электролита, где протекает окислительно-восстановительная реакция. КПД таких фотоэлектрохимических ячеек варьирует в пределах 10–15%.

У кремниевых аналогов энергоэффективность почти в 2 разы выше, но они являются в плане дальнейшей разработки, массового производства менее перспективными. Дело в том, что у сенсибилизированных солнечных батарей теоретический максимум на 6% выше и составляет 33%. Это означает следующее: энергоэффективность таких фотоэлектрохимических ячеек может быть больше, чем у кремниевых, если будут разработаны и массово внедрены технологии для увеличения проводящих свойств красящих веществ.