Исследователи из Стэнфордского университета разрабатывают новый эффективный материал для солнечных панелей, который в пятнадцать раз тоньше бумаги, говорится в пресс-релизе учебного заведения.
Солнечный материал изготовлен с использованием дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ). Дихалькогениды переходных металлов — это тонкий монослойный полупроводник, состоящий из переходного металла и халькогена. Один слой атомов металла располагается между двумя слоями атомов халькогена.
Эти материалы обладают хорошим потенциалом поглощать более высокий спектр солнечного света в отличие от других материалов, в частности, кремния. К тому же, панели сделанные из ПМД, будут намного легче солнечных панелей на основе кремния.
В поисках кремниевых альтернатив
Исследователи Стэнфорда давно подыскивают материалы для замены кремния в солнечных панелях. Кремний на сегодняшний день является наиболее распространенным материалом используемым для солнечных панелей, но он тяжелый и жесткий, а это означает, что его трудно адаптировать для использования в самолетах, космических кораблях, электромобилях или в носимых устройствах.
Команде исследователей из Стэнфорда удалось разработать активный массив солнечной панели толщиной всего несколько сотен нанометров. Они изложили суть своего нового открытия в статье, опубликованной в Nature Communications. Активный массив включает в себя фотоэлектрический слой ПМД (диселенид вольфрама) и контакты из золота, покрытые графеном. Все это заключено между гибким, похожим на кожу полимером и антибликовым покрытием, улучшающим светопоглощение.
«Представьте себе автономный дрон, который питается от солнечной батареи, расположенной на собственном крыле, которое в 15 раз тоньше листа бумаги», - говорит Нассири Назиф (Koosha Nassiri Nazif), доктор электротехники в Стэнфорде и соавтор данного исследования.
Возможности ПМД
Несомненно, ПМД имеет огромный потенциал, который ученые пытаются раскрыть, но существует и ряд ограничений. При производстве и транспортировке этого невероятно легкого материала трудно избежать повреждений. Но самая главная проблема заключается в низком КПД первых батарей, сделанных из ДПМ, который достигает всего 2%, в то время как кремниевые панели могут преобразовать в электричество примерно 30 процентов солнечного света.
Новый материал Стэнфордского университета в некоторой степени ликвидирует этот недостаток, обеспечивая КПД преобразования энергии 5,1 процента. Материал прототипа также имеет в 100 раз большее отношение выдаваемой мощности к массе, чем любые ДПМ, разработанные до сих пор и равен 4,4 Вт/г,. Но ученые планируют увеличить этот показатель в 10 раз и довести удельную мощность батареи до величины 46 Вт/г.
Исследователи верят, что могут оптимизировать свой материал и достичь эффективности 27 процентов. Это значит, что он будет конкурентен с лучшими солнечными панелями, представленными сегодня на рынке.
«Мощные, гибкие и долговечные устройства TMD – это новое многообещающее направление в солнечных технологиях», – обещает Нассири Назиф.
