Образец фоточувствительного слоя с включенными в него наночастицами
Красноярские ученые добавили наночастицы в конструкцию солнечных батарей. Это увеличило долю захватываемого света на 10%. Новая конструкция позволит сократить расходы на производство солнечных батарей. Результаты исследования опубликованы в журнале Photonics.
Солнечная энергетика (фотовольтаика) является перспективным направлением альтернативной энергетики, обеспечивающим преобразование солнечного света в тепло или в электрический ток. Эффективность таких устройств определяется материалом фоточувствительного слоя. Современные солнечные элементы на основе кремния практически достигли своего предела в способности преобразовывать световую энергию в электрическую. В связи с этим ученые исследуют новые материалы для фотовольтаики, а также методы повышения эффективности преобразования света в них.
Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и СФУ предложили использовать наночастицы в конструкции органических солнечных элементов на основе таммовского плазмон-поляритона. Это позволило увеличить поглощение света и повысить эффективность устройства.
Исследователи использовали в конструкции фоточувствительного слоя сплюснутые или вытянутые по отношению к вектору падающего электрического поля наночастицы. Это позволило увеличить поглощение света, попадающего на фоточувствительный слой, почти на 10%. Более того, в предложенной модели фоточувствительный слой выступает не только в роли поглотителя, но и зеркала, принимающего участие в формировании локализованного состояния – таммовского плазмон-поляритона. К тому же новая конструкция для солнечных батарей позволит сократить расходы при их производстве.
Рашид Бикбаев, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН
«В основе работы солнечного элемента лежит принцип таммовского плазмон-поляритона – сгустка света, запертого между фоточувствительным слоем и многослойным отражающим зеркалом. Его роль заключается в формировании дополнительной полосы поглощения света в фоточувствительном слое. Полученные ранее на его основе солнечные элементы отличались высоким поглощением света, часть которого, однако, не преобразовывалась в электрическую энергию. Мы предложили новую модель органического солнечного элемента, в которой фоточувствительный слой выполнял одновременно две роли: поглотителя и зеркала для возбуждения таммовского плазмон-поляритона. Привлекательность такого устройства заключается в том, что можно полностью отказаться от использования металлических контактов и минимизировать потери в конструкции», — рассказал кандидат физико-математических наук научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Рашид Бикбаев.
Исследование выполнено при поддержке гранта Президента Российской Федерации для молодых ученых - кандидатов наук (проект № МК-46.2021.1.2).
Фотографии Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
