Ученые МИЭМ ВШЭ предложили метод расчета толщины фотоактивного слоя солнечного элемента, при которой он будет максимально эффективно преобразовывать энергию. Метод, применимый как к полимерным, так и перовскитным элементам, может стать важным шагом на пути к производству солнечных батарей из материалов нового поколения. Статья опубликована в журнале Scientific Reports.
Солнечная энергетика представляет собой самый быстроразвивающийся сегмент альтернативной энергетики. По прогнозам Мирового энергетического агентства, к 2040 году доля солнечной энергии в мировой электрогенерации увеличится до 24%. На фоне бурного развития отрасли вопрос себестоимости энергии стоит особенно остро.
«Тем не менее на этом пути нельзя останавливаться, — говорит руководитель проекта Алексей Тамеев. — В исследовании мы сфокусировались на моделировании оптических свойств полимерных и перовскитных солнечных элементов в зависимости от толщины их функциональных слоев. Такие солнечные элементы нового поколения весьма перспективны, так как для их производства подходят более простые и дешевые технологии, чем для привычных кремниевых».
В случае с солнечными панелями из кремния требуется около двух лет, чтобы вернуть энергию, потраченную на добычу и очистку минерала, производство и установку батарей. Тогда как панели из перовскита окупаются за несколько месяцев. При этом значения КПД лабораторных образцов перовскитных элементов практически догнали кремниевые. Однако масштабирование полимерных и перовскитных элементов требует предварительной оптимизации параметров для минимизации затрат и материалов.
В ходе исследований ученые оптимизировали параметры фотоактивного слоя по результатам измерений вольт-амперной характеристики солнечных элементов и моделирования эффективного показателя преломления. Оказалось, что расчеты коэффициента поглощения и скорости генерации экситонов в фотоактивном слое достаточны для определения толщины функционального слоя, при котором достигается максимальный КПД устройства. Авторы получили полное соответствие экспериментальных и модельных данных для солнечных элементов полимерного и перовскитного строения. Предложенный подход относительно прост и не требует больших затрат времени.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
