Российские ученые усовершенствовали солнечные батареи с помощью нанотехнологий

Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ», Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН и НМИЦ им. В. А. Алмазова синтезировали особые наночастицы и успешно внедрили их в поверхность солнечных батарей, улучшив их показатели по долговечности работы. Интеграция углеродных наночастиц в солнечные панели на основе перовскита (титаната кальция) позволяет решить ряд проблем, которые возникают при промышленной эксплуатации батарей, сообщил один из авторов работы со стороны ЛЭТИ Роман Крюков.

«Мы синтезировали наночастицы углеродных квантовых точек и внедрили их в структуру перовскита, что позволило увеличить срок службы ячейки на основе перовскита. Наша работа показала, что подобные сложные структуры с перовскитами и углеродными квантовыми точками можно будет применять в изготовлении более стабильных фотодетекторов и солнечных элементов», — рассказал Крюков.

Как отметили в пресс-службе ЛЭТИ, в России развитие солнечной энергетики отстает от зарубежных лидеров индустрии. В последнее время опытные работы по данному направлению в РФ активизировались, ученые ищут способы, чтобы преодолеть структурные ограничения, которые сопряжены с использованием солнечных батарей.

В массе своей современные ячейки солнечных батарей изготавливаются из кремния. Проблемы этого материала — высокая стоимость и сравнительно небольшая способность преобразовывать солнечный свет в электроэнергию. Популярная сегодня альтернатива кремнию, которая активно внедряется в промышленное производство, — титанат кальция. Перовскит дешевле кремния и лучше справляется с накоплением энергии солнца и ее преобразованием.

Проблема перовскита — в его быстрой деградации под воздействием кислорода. Со временем он просто теряет те свойства, которые позволяют ему накапливать энергию. Решение петербургских ученых — это интеграция в структуру материала наночастиц углерода. Каждая наночастица — это несколько слоев графена, связанных вместе оболочкой на микроскопическом уровне. Процесс соединения частиц графена с перовскитом непрост — микроволновым методом слои соединяются в воде, затем наночастицы помещают на трое суток в условия вакуума, после чего их добавляют в жидкую основу.

Получаемый раствор перовскита с углеродными точками уже можно внедрять в структуры перовскитных пластин. Ученые изучили и подтвердили высокие показатели устойчивости и износостойкости получившегося материала. Далее научный коллектив СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ФТИ им. А. Ф. Иоффе и НМИЦ им. В. А. Алмазова займется нанесением на основы для солнечных батарей уже целых пленок на основе перовскитов, что позволит масштабировать технологию.