Сконструированы прозрачные солнечные элементы
Май 3rd, 2011
Сотрудники
Массачусетского технологического института Ричард Лант (Richard Lunt) и
Владимир Булович сконструировали относительно эффективные солнечные
элементы, прозрачные в видимом диапазоне и поглощающие в ближней
ИК-области спектра. Если наладить производство недорогих
фотоэлектрических элементов такого типа, их можно будет крепить на стёклах автомобилей и домов.
Действительно, при изготовлении оконных стёкол часто приходится
искусственно снижать их пропускание в видимом диапазоне до 70 или даже
до 55 процентов, теряя отражённые или поглощённые проценты, а
фотоэлементы, аналогичным образом уменьшающие пропускание, с пользой
преобразуют энергию непрошедших фотонов.
Прозрачный фотоэлемент на рекламных материалах, подготовленных к 150-летию МТИ (фото Geoffrey Supran).
Неорганические полупроводники с «полосчатыми» спектрами поглощения
плохо приспособлены для этого. Напротив, экситонный характер
органических полупроводников (тот факт, что поглощение ими света
приводит к появлению экситонов, связанных состояний электрона и дырки)
проявляется в виде спектра с чёткими пиками поглощения и провалами.
Такой спектр более удобен, если пропускание элемента, по задумке
конструктора, должно резко меняться при переходе от одного диапазона
длин волн к другому.
Преимуществами органических полупроводников также называют гибкость, простоту обработки и низкую стоимость.
Спектр пропускания фотоэлементов,
снятый для разных ITO-катодов с распределённым брэгговским отражателем
(зеркалом) и без него (иллюстрация из журнала Applied Physics Letters).
Свой вариант прозрачного фотоэлемента американцы решили построить на
основе молекул фуллерена С60 и хлоралюминиевого фталоцианина ClAlPc. В
конструкцию, разумеется, входили и другие материалы, и самым важным из
неосновных её элементов можно считать так называемый распределённый
брэгговский отражатель — слоистую структуру, в которой коэффициент
преломления периодически изменяется в направлении, перпендикулярном
слоям. Здесь он был выполнен из перемежающихся слоёв TiO2 и SiO2 и играл
роль прозрачного в видимом диапазоне зеркала, расположенного за С60 и
ClAlPc и отражавшего излучение в ближней ИК-области спектра. На рисунке
ниже показано, насколько сильно отражатель увеличивал поглощение в этой
области — параметр, непосредственно влияющий на работу элемента.
Катод и анод, естественно, тоже пришлось изготавливать из прозрачного материала, которым стал оксид индия и олова ITO.
Эффективность работы и усреднённое
пропускание в видимом диапазоне для фотоэлементов с разной толщиной
ITO-катода (иллюстрация из журнала Applied Physics Letters).
При тестировании элементы с усреднённым пропусканием в видимом
диапазоне, равным (65 ± 3)%, показали эффективность преобразования
энергии в (1,3 ± 0,1)%. Если требования к пропусканию снизить до (56 ±
2)%, эффективность возрастёт до (1,7 ± 0,1)%.
Такие характеристики можно считать рекордными для прозрачных
фотоэлементов. Впрочем, до кремниевых солнечных элементов с их
22-процентной эффективностью преобразования ещё очень далеко, и покрыть
это расстояние органические полупроводники в принципе не способны: в
планы авторов входит повышение эффективности только до 12%. На
коммерциализацию технологии, как считают г-да Лант и Булович, уйдёт 5–10
лет.
по информации: compulenta.ru
http://nauka21vek.ru/archives/12678
|