В Тюмени совершили прорыв в разработке компонентов для солнечной энергетики

Учёные Тюменского государственного университета разработали новый метод создания тонких пленок для преобразования солнечного света в электроэнергию. По их словам, уникальный способ получения и нанесения сложного соединения серы, меди, индия и кадмия позволяет сохранить его состав и свойства. Это может обеспечить эффективность выше той, которую показывают традиционные силиконовые солнечные элементы. Как пояснил один из авторов разработки, доцент Школы естественных наук Тюменского государственного университета Максим Григорьев, солнечная батарея устроена наподобие "слоёного пирога": два слоя разделены прослойкой. В одном слое — избыток электронов, в другом — места, куда электроны могут переместиться. Под действием света электроны переходят к этим "свободным местам", создавая электрический ток. Прослойка служит барьером и упорядочивает движение, предотвращая хаотичное перемещение. В настоящее время около 95% солнечных панелей в мире производятся на основе кремния, который уже почти достиг физического предела эффективности — примерно 29–30%. Лучшие лабораторные образцы показывают КПД до 28%, а коммерческие панели — от 19 до 22%. Новые прорывы в кремниевых технологиях дают лишь незначительное увеличение эффективности, поэтому учёные ищут альтернативные материалы и конструкционные решения, включая многослойные (тандемные) элементы. Одним из таких альтернативных материалов является тонкопленочный теллурид кадмия (CdTe). Этот материал стабилен при эксплуатации, но при неправильной утилизации может представлять экологическую опасность: при попадании разбитых панелей в мусор и контакте с кислотой кадмий способен перейти в растворимую и опасную для окружающей среды форму. Ученые ТюмГУ исследовали тонкие пленки сложного соединения серы, кадмия, меди и индия (сульфид Cd₂CuInS₄) как перспективный материал для фотовольтаики. Согласно авторам, смысл их работы не в создании нового вещества, а в оптимизации метода синтеза и нанесения этого материала. Главное достоинство, по мнению исследователей, — энергетический порог материала после синтеза отличается от эталонного значения менее чем на один процент. К тому же, такой сульфид получают относительно простым и безопасным способом: вместо высокотемпературного отжига в ампулах он создаётся из водорастворимых солей. Учёные экспериментально доказали возможность использования этого материала для изготовления тонкопленочных фотоэлементов. Слой сульфида, нанесённый на кварцевую пластинку, сохранил важнейшие свойства исходного порошка. Это подтверждает, что материал можно наносить на подложку без разложения и потери характеристик. Максим Григорьев сравнил их метод с разборкой мозаики на отдельные стеклышки и последующим распылением в вакуумной камере, после чего они вновь складываются в ту же картину. По его словам, им удалось нанести материал из четырех элементов плазменным способом без потерь структуры и свойств. В дальнейшем исследователи намерены совершенствовать технологию синтеза смешанных сульфидов и создать прототип устройства для оценки эффективности материала в реальных условиях. Работа выполнена при поддержке программы "Приоритет-2030" в рамках стратегического проекта по ресурсосберегающим технологиям для нефтегазовой отрасли, экологически чистой энергетики и охране окружающей среды.

В Тюмени совершили прорыв в разработке компонентов для солнечной энергетики

Интервью

События

Экспертные мнения

Новости

Общество

Последние новости

В Тюмени совершили прорыв в разработке компонентов для солнечной энергетики

Интервью

События

Экспертные мнения

Новости

Общество

Последние новости

Техническое обновление сайта