Все новости мира электрогенераторов и электростанций.

Создание органических кремниевых элементов солнечных батарей на основе нанозолота

Постоянно растущий спрос на инструментальные средства преобразования в электричество энергии от альтернативных возобновляемых источников побуждает поиски всё более и более совершенных технологий и устройств.

кремниевый элемент на основе нанозолота

Классический элемент - ячейка современной солнечной батареи состоит из нанесённой на тонкую прозрачную основу из стекла или пластмассы кремниевого светочувствительного слоя, помещаемого между двумя электродами. Энергия солнечного света, падающего на светочувствительный кремниевый слой, выбивает из него частицы – фотоны. Фотоны, оставаясь внутри активного слоя, поглощаются им, создавая при этом так называемые экситоны. Каждый экситон является парой носителей зарядов. Чтобы ячейка работала эффективно, - создавала разность потенциалов на электродах, экситоны должны успеть за время своего существования распасться на самостоятельную пару носителей зарядов электрон и дырку.

Толщина активного светочувствительного слоя обычно находится в пределах 100 – 300 нанометров. Это обеспечивает почти полное поглощение светоизлучения в полосе частот близких к частоте 530 нанометров. Однако, из-за небольшого расстояния, на которое могут распространиться экситоны в активном органическом слое и из-за невысокой подвижности электронов и дырок на электродах накапливается незначительное количество зарядов. КПД такой солнечной ячейки невысок.

Указанные недостатки могут быть частично устранены, если уменьшить толщину активного органического слоя до 50-ти нанометров, но такое решение уменьшает поглощение светоизлучения и ограничивает возможность повышения общей эффективности устройства.

Поиски путей решения описанной проблемы привели к технологии создания органических кремниевых элементов солнечных батарей с высоким поглощением света в сверхтонком активном слое при помощи применения нано частиц металлов. Работа исследователей из College of Optical Sciences (OSC) University of Arizona (США) выявила возможность повышения на 65% эффективности преобразования солнечного света на основе использования нано частиц металла. Здесь создана органическая солнечная ячейка с включением в неё нано частиц золота диаметром 50 нм. Эффективность экспериментального образца оценивалась по трём параметрам: по поглощаемости фотонов в активном слое; по эффективности распространения и распада экситонов; по эффективности накопления зарядов на электродах.

Присутствие нано частиц металла обуславливает в непосредственной близости от них наличие электромагнитного поля достаточно высокой напряжённости. Это в свою очередь увеличивает вероятность распада экситонов на электроны и дырки. Помимо этого, вследствие повышенной рассеянности фотонов повышается доля их поглощения активным слоем. Плюс ко всему, так как оптические характеристики, обусловленные наличием металлических нано частиц, зависят от размера этих частиц, то появляется возможность максимизации светопоглатительной способности ячейки путём настройки степени поглощения света в резонанс с различными частотами светоизлучения.