Новые дешевые солнечные фотоэлементы становятся более эффективными

Дешевой альтернативой силиконовым солнечным элементам являются сенсибилизированные красителем солнечные элементы. Данный тип элементов солнечной батареи имитирует преобразование солнечного света в энергию, которое происходит в природе с помощью светочувствительных растений или бактерий. Annemarie Huijser удалось значительно улучшить процесс преобразования энергии в солнечных элементах данного вида, сходных с солнечными элементами Grätzel.

Процесс применения солнечных элементов развивается медленно. Одной из причин является тот факт, что наиболее употребительный силиконовый элемент, довольно дорог для производства. Вот почему в области поиска альтернативных солнечных элементов в последнее время проводится так много исследований.

В поисках решений ученых вдохновляет сама природа. Растения способны транспортировать поглощенную солнечную энергию на большие расстояния, обычно от 15-20 нанометров. Это происходит благодаря тому, что молекулы хлорофилла в листьях расположены в оптимальной последовательности. Во время подготовки докторской диссертации Annemarie Huijser сделала попытку частичного воссоздания этого процесса в солнечных элементах.

Она сосредоточила усилия на так называемых солнечных элементах на основе сенсибилизированных красок. Сюда относятся полупроводники, такие как двуокись титана, покрытая слоем краски. Краска впитывает энергию солнечного света, которая создает так называемые экситоны. Эти энергетические пакеты необходимо затем продвигать к полупроводнику. Как только пакеты достигают места назначения, они начинают генерировать электрическую энергию.

Lego

Huijser: "Можно сопоставить молекулы краски с кирпичиками Lego. Я изменяю порядок расположения кирпичиков и наблюдаю, как это влияет на перемещение экситонов в солнечных элементах. Для эффективной генерации электрической энергии, экситоны должны перемещаться по солнечным элементам как можно свободнее"

Изучая наиболее оптимальные варианты расположения молекул краски, Huijser удалось в 20 раз увеличить расстояние, на которое экситоны перемещается в солнечных элементах; теперь это расстояние составляет примерно, 20 нанометров, что сопоставимо с природными системами. И это значительно усиливает эффективность элементов.

По оценке Huijser, чтобы сделать рентабельным применение данного типа солнечных фотоэлементов, необходимо увеличить мобильность экситонов в три раза. Она считает, это вполне возможно. «Как только эта цель будет достигнута, не остается никаких препятствий для дальнейшего развития этого типа солнечных элементов».

Элементы Grätzel

Солнечные фотоэлементы, используемые Huijser, тесно связаны с более распространенными и известными солнечными элементами Grätzel. Однако, в случае с элементами Grätzel краска и полупроводник расположены вплотную друг к другу, почти сливаясь в единое. В результате, отпадает необходимость в транспортировании экситонов. Одним их недостатков данного типа элементов, является сложный способ переноса носителей заряда. По этой причине, Huijser предпочла иной подход и простую двухслойную комбинацию краски и полупроводника.

www.sciencedaily.com