Ученые повысили эффективность солнечной панели с помощью нового электрода

10:21, 31 января 2024

Это увеличило коэффициент полезного действия на 42 %

Разработка позволит заменить дорогостоящий платиновый аналог. Фото: unsplash.com / Moritz Kindler.

Новый электрод, разработанный учеными УрФУ с коллегами из Ирака и Саудовской Аравии, увеличил эффективность сенсибилизированных красителем солнечных панелей на 42 % — с 5,78 % до 8,19 %. Электрод состоит из относительно недорогих материалов — селена и вольфрама — и благодаря этому может стать альтернативой более дорогостоящим платиновым аналогам. Подробную информацию об исследовании и новом электроде ученые опубликовали в журнале Material Science in Semiconductor Processing.

«Электрод является важным компонентом солнечных панелей, сенсибилизированных красителем. Он отвечает за передачу электроэнергии между различными компонентами устройства. Наш электрод обладает улучшенными электрохимическими и электрокаталитическими свойствами, что позволило повысить эффективность солнечной панели на 42 % — с 5,78 % до 8,19 %. Важно отметить, что наш электрод превзошел по характеристикам платиновый аналог, эффективность которого в лабораторных условиях составила 7,66 %», — поясняет соавтор исследования и научный сотрудник кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Абхинав Кумар.

Сенсибилизированные красителем солнечные панели представляют собой фотоэлектрические устройства, в которых используются органические красители для преобразования солнечного света в электричество. В отличие от кремниевых солнечных установок эти устройства имеют простую конструкцию, а также относительно невысокую цену. Однако их коэффициент полезного действия (КПД) меньше, чем у кремниевых аналогов — и это является серьезным препятствием для их коммерческого внедрения.

«В реальных условиях КПД кремниевых солнечных панелей составляет 15–20 %. Это больше, чем у сенсибилизированных красителем солнечных панелей. Однако наличие дорогостоящих материалов в кремниевых устройствах, таких как платина, значительно повышает стоимость всей установки. Чтобы снизить себестоимость производства и приблизить коммерческое внедрение солнечных панелей, мы работаем над модификацией солнечных элементов и изменением состава компонентов на более эффективные и недорогие», — комментирует Абхинав Кумар.

Ученые разработали новый электрод из биметаллического соединения, состоящего из вольфрама и селена. Чтобы улучшить его свойства, физики добавили ионы цинка.

«Легирование ионов цинка в состав селенида вольфрама позволило изменить структуру вещества, улучшить его электронные и электрохимические свойства, а также снизить себестоимость самого электрода. Мы надеемся, что наша дальнейшая работа поможет подобрать оптимальный состав материала для дальнейшего повышения энергоэффективности сенсибилизированных красителем солнечных панелей», — заключает Абхинав Кумар.

Отметим, исследование выполнено совместно с Технологическим университетом Ирака, а также Университетами принца Саттама бин Абдель Азиза и короля Халида (Саудовская Аравия), Инженерно-техническим колледжем, Университетом Аль-Айена, Исламским университетом, Университетом Имама Джафара Аль-Садика (Ирак).

Справка

Солнечные панели принято делить на три поколения. Каждое из них имеет определенные преимущества и недостатки.

Первое поколение представлено традиционными кремниевыми солнечными панелями, которые широко используются в настоящее время. Они высокоэффективны, но их производство чрезвычайно затратно, поскольку для этого требуются дорогостоящие материалы и оборудование.

Второе поколение солнечных панелей — это фотоэлектрические устройства на основе тонких пленок, таких как аморфные кремниевые пленки или кадмий-теллуридные пленки. Они гибкие и относительно недорогие, однако их КПД уступает солнечным панелям первого поколения.

В составе солнечных панелей третьего поколения присутствуют различные по составу материалы — сенсибилизированные красителем солнечные элементы, перовскитные солнечные элементы, органические красители, квантовые точки и т. д. Благодаря дешевизне производства, простоте утилизации и большому спектру применения этот тип панелей может решить проблему широкого коммерческого внедрения фотоэлектрических устройств.

По данным Международного энергетического агентства, большая часть солнечной энергии в 2022 году была произведена в Китае — эта страна сгенерировала около 38 % всей солнечной энергии. На втором месте Евросоюз, который произвел 17 % от общего объема всей солнечной энергии. Сразу за ним следуют США — им удалось получить 15 % от всей солнечной энергии.

Сергей Лукьянченко