Пластиковые солнечные батареи неэффективны вследствие своей структуры

Ученые выяснили, что малоэффективное преобразование энергии в солнечных батареях вызвано их структурой.

Исследователи из университета Северной Каролины и британские ученые надеются, что результаты их исследования приведут к созданию более эффективных солнечных батарей.

Полимерные солнечные батареи сделаны из тонкослойных глубокопроникающих структур, состоящих из двух различных проводящих пластиков. Они становятся все более популярными, так как их дешевле изготовить, чем используемые сегодня аналоги, а кроме того их можно «нанести» или отпечатать на множестве поверхностей, включая гибкие пленки, сделанные из того же материала, что и бутылки от содовой.

При этом такие солнечные батареи пока еще не рентабельны, так как показатель преобразования энергии у них — всего 3%, а у используемых аналогов — 15%.

«Солнечные батареи должны одновременно быть достаточно толстыми, чтобы поглощать фотоны, но в то же время обладать сравнительно небольшой структурой для того, чтобы экситоны могли беспрепятственно попадать к месту разделения заряда и преобразования в электричество, которое нам так необходимо», сообщил профессор физики доктор Харальд Эйд. «Солнечные батареи поглощают фотоны, а вот экситону еще предстоит проделать слишком долгий путь, поскольку связь между двумя пластиками слишком груба для эффективного разделения заряда, и энергия экситона теряется».

Результаты ученых опубликованы в издании Advanced Functional Materials and Nano Letters.

Чтобы солнечные батареи были эффективными, слой, который поглощает фотоны, должен быть приблизительно 150-200 нанометров толщиной (нанометр в тысячи раз меньше ширины человеческого волоса). Полученному экситону, однако, необходимо пройти лишь 10 нанометров до разделения заряда. Метод, которым солнечные батареи структурируются в настоящее время, мешает этому процессу.

«В исследованной нами системе минимальная дистанция, которую необходимо преодолеть экситону, составляет 80 нанометров — таков размер структур в тонкой пленке. Кроме того, вследствие метода, с помощью которого солнечные батареи производятся, интерфейс между структурами точно не определен, а это значит, что экситоны или заряды попадают в западню. Необходимо разработать новые методы производства, которые обеспечивают меньший размер структур и более точный интерфейс».

Эйд с коллегами планируют исследовать различные типы солнечных батарей на основе полимеров, чтобы установить, связана ли их низкая эффективность с той же структурной проблемой. Они надеются, что новые данные позволят химикам и изготовителям исследовать различные методы объединения батарей для повышения эффективности.

«Теперь, когда нам известно, почему существующая технология не работает так, как могла бы, нашим следующим шагом будет анализ физических и химических процессов, которые позволят справиться с этими проблемами», заключили исследователи.

11.10.2010