Тонкие солнечные элементы на основе минералов смогут питать малогабаритные устройства

01.12.2017

Фраза «солнечная энергия» обычно напоминает нам о крупногабаритных солнечных панелях на крышах домов и предприятий или огромные массивы, разбросанные по солнечным полям. Но также есть потребность в фотогальваниках, работающих в условиях низкого освещения – материалах, которые могли бы работать в помещении, обеспечивая мощность в небольшом непрерывном масштабе.

Photo: Peter Pruzina | Pixabay

Возьмем, к примеру, так называемый «интернет вещей», сеть бытовой техники, электроники, автомобилей и других объектов, которые содержат датчики и крошечные компьютеры, все связаны и постоянно обмениваются информацией. Поскольку эти устройства становятся частью повседневной жизни, было бы очень логично, чтобы они производили свою собственную энергию от внутреннего освещения и проникающего к ним солнечного света. Это может быть достигнуто с помощью тонких, недорогих, нетоксичных и эффективных солнечных элементов. Элементы, изготовленные из кремния, хотя и являются основой отрасли, не подходят для решения таких задач, так как не могут быть достаточно тонкими для небольших приложений.

В недавней публикации, опубликованной в журнале «Nature Energy», учёные из Исследовательского центра «IBM T. J. Watson» сделали ключевой шаг в разработке солнечных элементов на основе полупроводникового кестерита — природного, распространённого минерала на основе сульфида серы.

Кестерит относится к классу фотогальваники, он интенсивно изучается, но солнечным элементам на основе кестерита препятствуют низкие напряжения «разомкнутого состояния» (максимально возможное напряжение на отдельной ячейке) и посредственная эффективность.

Группа, возглавляемая ученым из IBM, Ричардом Хейтом, обнаружила способ значительно улучшить напряжение солнечного элемента из кестерита. Ранее, Хейт и его команда, а также другие исследовательские группы пробовали разные способы улучшения обратного контакта, препятствующего использованию кестерита, но с ограниченным успехом.

На этот раз все было иначе. Исследователи смогли достичь почти рекордной эффективности преобразования мощности при существенно более высоких напряжениях разомкнутого контура. Группа успешно связала девять ячеек с образованием солнечного устройства, которое могло бы питать маломощный микропроцессор, такой как используются в небольшой электронике и приборах.

Разработанная методика может быть осуществима для отдельных ячеек размером до нескольких квадратных сантиметров. Следовательно, подходящими приложениями будут небольшие, маломощные устройства, которые должны работать непрерывно в условиях низкой освещенности, где типичные солнечные элементы будут бесполезны.

Источник: Breakthrough yields higher voltage and efficiency for a thin mineral-based solar cell