Повышение эффективности солнечных батарей более чем на 10% благодаря нанотехнологиям

Группа исследователей усовершенствовала наноструктуру солнечных элементов, увеличив эффективность более чем на 10%, что открывает новые возможности для технологий чистой энергии.

Группа исследователей из Института физических наук Хэпэя при Китайской академии наук только что объявила о новом методе повышения эффективности солнечных элементов более чем на 10% за счет оптимизации наноструктуры фотоэлектрических материалов.

В ходе исследования учёные успешно разработали метод регулирования расстояния между наностержнями диоксида титана (TiO₂) без изменения их индивидуальных размеров. Эти монокристаллические наностержни известны своим поглощением света и электропроводностью и широко используются в солнечных батареях, датчиках и фотокатализаторах.

Структура наностержней из диоксида титана с регулируемым расстоянием между ними повышает способность улавливать свет и повышает эффективность преобразования энергии в солнечных элементах.

Ранее существовавшая техническая проблема заключалась в том, что регулировка плотности наностержней часто влекла за собой одновременное изменение высоты и диаметра, что влияло на производительность устройства. Чтобы решить эту проблему, исследователи увеличили продолжительность стадии гидролиза при формировании прекурсорной плёнки. Увеличение продолжительности этой стадии приводило к образованию более длинных гелевых цепей, что приводило к образованию более мелких частиц анатаза. При гидротермальной обработке плёнки анатаза эти частицы in situ превращались в рутил, который служил затравкой для роста наностержней.

Таким образом, учёные создали плёнки TiO₂ с постоянным диаметром и высотой наностержней, контролируя при этом плотность распределения. При интеграции этих плёнок в солнечные элементы CuInS₂ (обработанные при низких температурах) эффективность преобразования энергии достигла 10,44%.

Для объяснения механизма работы авторы предложили «модель объёмно-поверхностной плотности», анализирующую взаимосвязь между плотностью наностержней и способностью поглощать свет, разделять ток и восстанавливать носители заряда. Эта модель показывает, что регулировка расстояния между наностержнями не только влияет на оптику, но и способствует снижению потерь энергии, повышению способности собирать заряды, тем самым улучшая общую производительность устройства.

Помимо применения в солнечных элементах, этот метод открывает перспективы в области оптоэлектроники и катализа, где наноструктуры играют решающую роль в повышении производительности. Управляя процессом структурообразования на микроскопическом уровне, новый метод вносит важный вклад в разработку высокопроизводительных материалов без необходимости использования дорогостоящих и сложных технологий производства.

Данное исследование не только предлагает решение для усовершенствования солнечных элементов, но и представляет собой комплексную систему, связывающую условия изготовления, процесс формирования микроструктуры и оптимизацию производительности устройства, что является значительным вкладом в будущие технологии чистой энергии.

Источник: https://khoahocdoisong.vn/tang-hieu-suat-pin-mat-troi-len-hon-10-nho-cong-nghe-nano-post1555380.html