Обычные солнечные элементы на основе кремния очень эффективны при выработке электроэнергии из солнечного света. Однако их изготовление является дорогостоящим и энергозатратным процессом, а получаемые устройства имеют большой вес и крайне громоздки. Тонкопленочные солнечные элементы, в некотором смысле, представляют собой отличную альтернативу — но, при этом, они часто содержат токсичные элементы: например, свинец, кадмий, или дефицитные и дорогие элементы — индий или теллур.
В середине 2010-х появилась еще одна альтернатива, когда исследователи из Института фотонных наук (ICFO) в Испании разработали недорогую нетоксичную ячейку на основе AgBiS 2. Эти нанокристаллы могут быть изготовлены в виде солнечного элемента толщиной всего 35 нм с помощью процесса послойного осаждения. Их эффективность составляет около 6% по сравнению с 25% кремния, материал которого был признан коммерчески мало конкурентоспособным.
Инженерия катионного беспорядка.
Для увеличения оптического поглощения AgBiS 2 на основе клеток, исследователи из ICFO вместе с сотрудниками из Университетского колледжа и Имперского колледжа в Великобритании исследовали влияние неупорядоченных положительных ионов (катионов) на оптоэлектронные свойства материала. После обнаружения доказательств неоднородностей из-за областей богатых Ag или Bi, которые образуются внутри нанокристаллов, исследователи использовали расчеты теории функционала плотности для определения эффектов этих неоднородностей. Основываясь на этих расчетах, они пришли к несколько противоречивому выводу, что тщательное размещение дефектов в кристаллической решетке — метод, который они называют «инженерией катионного беспорядка», — приводит к более однородному распределению катионов, который способствует миграции ионов. Затем они использовали процесс, называемый низкотемпературным отжигом, для производства образцов AgBiS2 с указанными характеристиками.
Когда исследователи поместили ячейки, изготовленные из оптимизированного материала под искусственный солнечный свет, они зафиксировали эффективность преобразования энергии, превышающую 9%,— это является рекордом для этого типа сверхтонких солнечных элементов. Они также наблюдали поглощение в широком спектральном диапазоне, от ультрафиолетового (400 нм) до инфракрасного (1000 нм). Их устройство, которое они изготовили на стекле/оксиде индия-олова и покрыли раствором политриариламина, имеет толщину не более 100 нм, что делает его в 10-50 раз тоньше, чем современные тонкопленочные фотоэлектрические (PV) технологии. и в 1000 раз тоньше, чем кремний PV.
Физик ICFO Герасимос Константатос , который руководил исследованием и являлся соавтором статьи в Nature Photonics, рассказал, что работа команды впервые демонстрирует, как изменение порядка расположения атомов в материале влияет на его оптоэлектронные свойства. Этот тип материаловедения может также оказаться полезным в других областях, таких как катализ. Константатос отметил, что метод команды ученых отвечает многим требованиям фотоэлектрической промышленности, включая низкую стоимость, масштабируемость и использование нетоксичных элементов.
Читать далее
Активность умирающего мозга впервые записали: это похоже на сон или углубленную медитацию
Появилась батарея размером с крупицу соли. Она может питать устройства 10 часов
Астрономы нашли новый объект Солнечной системы за орбитой Нептуна