09.01.2020
Потребность в возобновляемой энергии во всем мире растет в геометрической прогрессии. Именно поэтому литовские и немецкие исследователи долгое время работали над новым решением, для разработки недорогих солнечных технологий.
Материал, синтезированный литовскими учеными Каунасского технологического университета (KTU), самостоятельно собирает электродный слой с молекулярной толщиной. И это - представляет собой простой способ реализации высокоэффективных перовскитовых однопереходных и тандемных солнечных элементов. Лицензия на производство материала уже приобретена японской компанией.
По мнению ученых, солнечные элементы на основе перовскита, сочетающие низкую цену и высокую эффективность, казалось трудной задачей в прошлом. Особой проблемой в их крупномасштабном производстве являлась высокая цена и ограниченная универсальность доступных контактных отверстий. Химики КТУ с блеском решили эту проблему.
Артем Магомедов, аспирант химико-технологического факультета КТУ и соавтор изобретения говорит: «Солнечный элемент похож на сэндвич, где все слои выполняют свою функцию: поглощают энергию, отделяют дыры от электронов и т. д. Мы разрабатываем материалы для дырочно-селективного контактного слоя, в котором молекулы материалов самоорганизуются на поверхности подложки».
Развитые монослои можно назвать идеальным материалом для транспортировки дыр, поскольку они дешевы, формируются с помощью масштабируемой технологии и образуют очень хороший контакт с перовскитным материалом.
Самосборные монослои (САМ) имеют толщину 1-2 нм и покрывают всю поверхность; молекулы осаждаются на поверхности путем погружения в разбавленный раствор. Молекулы основаны на головных группах карбазола с якорными группами фосфоновой кислоты и могут образовывать SAM на различных оксидах.
По словам ученых, использование SAM помогло избежать проблемы шероховатой поверхности ячейки CIGS. Благодаря интеграции перовскитного солнечного элемента на основе SAM в тандемную архитектуру был получен монолитный тандем CIGSe / перовскит с эффективным КПД 23,26%, который в настоящее время является мировым рекордом для этой технологии.
Профессор Витаутас Гетаутис, глава исследовательской группы KTU, стоящей за изобретением, сказал: «Однопереходные и тандемные солнечные модули на основе перовскита - это будущее солнечной энергии, поскольку они дешевле и потенциально гораздо более эффективны. Кроме того, ресурсы кремния полупроводникового качества становятся недостаточными, и извлекать этот элемент становится все труднее ».
По словам Артема Магомедова, объема солнечной энергии, достигающей поверхности Земли за один час, может быть достаточно для покрытия годовой потребности в электричестве всего человечества.
Используя традиционные технологии, 1 грамма кремния (Si) достаточно, чтобы произвести всего пару квадратных сантиметров солнечного элемента; однако 1 грамма материала, синтезированного в KTU, достаточно, чтобы покрыть до 1000 кв. м. поверхности. Кроме того, самоорганизующийся органический материал, синтезированный в КТУ, значительно дешевле, чем альтернативы, используемые в настоящее время в фотоэлектрических элементах.
Команда химиков КТУ изучала использование самоорганизующихся молекул в солнечных элементах в течение нескольких лет. Материал, синтезированный в КТУ, был применен при производстве функционирующего солнечного элемента в сотрудничестве с физиками Гельмгольца Центра Берлина (HZB), Германия и Центра физических наук и технологий (Литва).
Лицензия на производство материала, синтезированного в лабораториях КТУ, была приобретена японской компанией. Материал под названием 2PACz и MeO-2PACz скоро появится на рынке. Это означает, что инновационные технологии с использованием самосборных соединений могут быть дополнительно исследованы в лучших лабораториях мира и в конечном итоге найти свое применение в промышленности.