Российские учёные разработали и испытали прототип солнечных батарей, основанных на новых безметалловых органических красителях, сообщили в пресс-службе НИУ МИЭТ. Инновационные солнечные элементы можно интегрировать в крыши, окна и фасады зданий, не нарушая их архитектурного облика.
Для создания оптических фильтров в солнечных батареях был использован метод фотолитографии. Новые сенсибилизированные красителем солнечные элементы (СКСБ) представляют собой простые устройства, изготовленные из недорогих материалов без необходимости использования дорогостоящего оборудования. Стоимость производства таких элементов вдвое ниже, чем у традиционных кремниевых батарей.
СКСБ состоят из двух электродов: один из высокопористого диоксида титана, насыщенного красителем, нанесенного на прозрачную электропроводящую подложку, и второй — из тонкого слоя платины или углерода на аналогичной подложке, а также йодсодержащего электролита. В настоящее время такие батареи активно развиваются за рубежом и используются в строительстве и сельском хозяйстве для повышения эффективности использования земель.
В России производство и масштабное использование СКСБ пока отсутствует. Для решения этой проблемы учёные из НИУ МИЭТ, Института органического синтеза УрО РАН и Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН разработали новые безметалловые органические π-сопряжённые красители и протестировали их в прототипах СКСБ.
Удалось увеличить рабочую площадь солнечных батарей в 100 раз до 36 см² при сохранении среднего коэффициента пропускания на нормативном уровне в 35–40 процентов. Руководитель лаборатории перспективных органических материалов ИОС УрО РАН Александр Степарук
Несмотря на относительно низкую плотность тока, учёные планируют улучшить этот показатель путём оптимизации параметров элементов.
Низкая стоимость производства, эффективность при слабом освещении и рассеянном свете, разнообразие цветовых решений, полупрозрачность и механическая прочность. Эти характеристики делают СКСБ привлекательными для интеграции в архитектурные сооружения, несмотря на более низкий КПД по сравнению с кремниевыми аналогами. Научный сотрудник ИОНХ РАН Екатерина Текшина
Петр Лазаренко, руководитель лаборатории «Материалы и устройства активной фотоники» МИЭТ, отметил, что разработка позволяет создавать витражи, генерирующие электричество, обеспечивая двойной эффект: защита от внешнего шума и выработка энергии. Учёные планируют продолжить работу над синтезом новых органических красителей и повышением эффективности батарей при искусственном освещении.
Исследование было проведено при поддержке Российского научного фонда.