Исследователи из Университета штата Мичиган в США разработали новый способ производства высокоэффективных и полупрозрачных органических солнечных элементов микронного масштаба. Об этом сообщает интернет-издание Futurity. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Традиционные солнечные элементы на основе кремния полностью непрозрачны, что подходит для солнечных ферм и крыш, но не подходит для окон. Однако органические солнечные элементы, в которых поглотителем света является подобие пластика, могут быть совершенно прозрачными.
В то же время органические солнечные элементы отстают в практическом применении от традиционных материалов на основе кремния из-за многих технических проблем, таких как низкая эффективность и короткий срок службы. Однако недавняя работа лаборатории электротехники Мичиганского университета под руководством профессора Стивена Форреста достигла рекордной эффективности в 10% и расчетного срока службы до 30 лет.
Исследовательская группа Форреста сосредоточила свое внимание на производстве прозрачных солнечных элементов. Серьезной задачей для этого стало создание электрических соединений микронного масштаба между отдельными элементами, составляющими солнечный модуль. Обычные методы, использующие лазеры для формирования рисунка клеток, могут легко повредить органические поглотители света.
Вместо этого исследователи разработали многоэтапный метод формирования паттерна отрыва, который позволил достичь требуемого разрешения в микронном масштабе. Они брали тонкие пластиковые пленки и формировали из них очень тонкие полоски, а далее наносили на них органический и металлический слои. Затем полоски отслаивались, создавая сверхтонкие электрические соединения между ячейками.
Таким способом исследователи соединили восемь полупрозрачных солнечных элементов, размером 4×0,4 см каждый, наделенных электропроводящими слоями толщиной в 200 мкм. В итоге получилось создать единый модуль общей площадью 13 кв. см. Эффективность преобразования энергии в таком модуле составила 7,3%, что оказалось лишь примерно на 10% меньше, чем у отдельных солнечных элементов.
Вместе с тем, исследование показало, что эта небольшая потеря эффективности не увеличивается с размером модуля; следовательно, аналогичные параметры достижимы и для панелей метрового масштаба. В конечном итоге, гибкая панель солнечных батарей будет зажата между двумя оконными стеклами, действуя с энергоэффективностью на уровне 10-15%. Форрест считает, что это может быть достигнуто в течение пары лет.
С текущей прозрачностью около 50% и зеленоватым оттенком, новые ячейки вполне подходят для использования в коммерческих витринах. При некотором дополнении к новой технологии легко достигается более высокая прозрачность, которая требуется для стекол жилых зданий.
«Настало время привлечь промышленность, чтобы превратить эту технологию в широко доступные приложения», – отметил один из авторов исследования Синьцзин Хуанг, докторант прикладной физики.
По словам разработчиков, эту технологию можно распространить и на другие органические электронные устройства. На практике исследовательская группа Форреста уже применяет свою разработку к OLED-панелям, дающим белое освещение.