Разработаны прозрачные солнечные батареи рекордной площади и КПД
Нет сомнений, что за солнечной энергетикой будущее. Самым прорывным ее направлением считаются органические фотоэлектрические модули. Но широкому их внедрению препятствуют, во-первых, скромный КПД, а во-вторых, и это важнее, трудности с масштабированием.
Исследователям из Фрайбургского университета и Института солнечной энергетики имени Фраунгофера удалось решить обе проблемы. Разработка, ставшая рекордной по части сочетания в себе этих двух параметров, описана в журнале Joule.
«Одна из главных проблем в органической фотовольтаике — переход к большим площадям. Хорошие лабораторные результаты, полученные на маленьких образцах, изготовленных вручную, зачастую невозможно перенести в промышленное производство, поскольку технология их изготовления не работает на больших поверхностях. Нам впервые удалось нанести все слои солнечных элементов методом щелевого нанесения практически без потерь в эффективности, — это большой прорыв», — говорит физик Ули Вюрфель, руководивший исследованием.
Результатом стали полупрозрачные органические фотоэлектрические модули площадью 210,25 см² с КПД до 9,26%. Сама по себе площадь не рекордная — есть и больше, но с такой эффективностью равных им нет.
Еще одна проблема, которую приходится решать разработчикам органической фотовольтаики — прозрачность. И здесь они тоже достигли впечатляющих результатов: их детище пропускает до 43,2% света в видимом диапазоне.
«Теперь, когда мы освоили технологический процесс, мы с оптимизмом смотрим на возможность значительно повысить прозрачность без потери эффективности», — добавляет Вюрфель.
Органические солнечные модули со светопропусканием значительно выше 50% можно использовать вместо оконного стекла в фасадах зданий или теплицах. В тех случаях, где нужно тонированное стекло — например, в автомобильных люках или фасадных элементах, — низкую прозрачность можно считать даже преимуществом.
В каждом модуле с помощью лазерной структуризации последовательно соединено более ста солнечных элементов. Элементы состоят из тыльного электрода, отражающего ближний инфракрасный свет (наносится на стеклянную подложку магнетронным распылением), поглощающего слоя из органических полупроводников и безметаллического верхнего электрода из полимера PEDOT:PSS, который наносится в несколько слоев методом щелевого покрытия.
Технология щелевого нанесения совместима с рулонными процессами — то есть модули можно сделать на гибкой подложке. Авторы изготовили и протестировали прототипы размером 14,5×14,5 см.
«Они сохранили 100% исходной эффективности после 1274 циклов изгиба вокруг стержня диаметром 15 мм», — уточняет физик Матиас Лист, один из авторов исследования.
По его словам, в дальнейшем предполагается «добиться таких же результатов на еще больших площадях»; это касается и жестких модулей. Масштабирование вполне реально, потому что применяемые в их изготовлении методы хорошо отработаны в промышленности.
