Ученые из России разработали и протестировали прототип солнечных батарей, использующих новые безметалловые органические красители. Авторы утверждают, что их разработка может быть интегрирована в крыши, окна и фасады зданий, не нарушая архитектурного стиля. Об этом сообщает пресс-служба НИУ МИЭТ, со ссылкой на РИА Новости.
Солнечные элементы были созданы с применением инновационных безметалловых красителей в качестве сенсибилизаторов — специальных добавок, которые увеличивают светочувствительность батарей. В широком смысле такие сенсибилизированные солнечные элементы (СКСБ) представляют собой простые устройства, которые можно изготовить из доступных материалов без необходимости в дорогостоящем оборудовании. Их производственные расходы вдвое ниже, чем у кремниевых аналогов. Как правило, данные элементы состоят из двух электродов: один из них сформирован из высокопористого диоксида титана, насыщенного красителем и нанесенного на прозрачную электропроводящую подложку, а второй — из тонкого слоя платины или углерода, также на аналогичной подложке, с использованием йодсодержащего электролита.
На сегодняшний день разработка и производство СКСБ активно идет за пределами России. Они интегрируются в фасады зданий или применяются в сельском хозяйстве, увеличивая эффективность использования земельных ресурсов на 60%. Однако в России до сих пор отсутствует производство и широкомасштабное применение таких солнечных батарей.
Чтобы изменить эту ситуацию, команда ученых из Национального исследовательского университета «МИЭТ», Института органического синтеза УрО РАН и Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова разработала новые безметалловые органические π-сопряженные красители и протестировала их в прототипах сенсибилизированных солнечных батарей.
Результаты этого исследования послужат основой для дальнейшей работы над новыми солнечными батареями, которые можно будет интегрировать в строительные конструкции, такие как крыши, окна и фасады, сохраняя при этом их архитектурное оформление, отметил руководитель лаборатории перспективных органических материалов ИОС УрО РАН Александр Степарук.
"Главный результат нашей работы в том, что удалось увеличить рабочую площадь солнечных батарей по сравнению с ранее созданными нами исследовательскими элементами в 100 раз до 36 см2 и при этом сохранить средний коэффициент пропускания на нормативном уровне в 35–40 процентов. Рабочее напряжение батареи составляет порядка полутора вольт, это неплохой результат. К сожалению, мы получили относительно невысокие значения плотности тока, но после оптимизации параметров элементов мы рассчитываем увеличить этот показатель", — рассказал он.
Новые солнечные батареи, разработанные учеными из России, имеют ряд значительных преимуществ по сравнению с традиционными кремниевыми элементами. Во-первых, они отличаются низкой стоимостью производства, что делает их более доступными для широкого применения. Во-вторых, эти батареи демонстрируют высокую эффективность даже при слабом освещении и рассеянном свете, что является важным фактором для использования в различных климатических условиях. Кроме того, новые солнечные элементы предлагают разнообразие цветовых решений, что позволяет интегрировать их в архитектурные проекты без ущерба для эстетики зданий. Полупрозрачность этих батарей также открывает новые возможности для их применения в строительстве, позволяя создавать уникальные дизайнерские решения. Механическая прочность новых элементов обеспечивает их долговечность и надежность в эксплуатации.
Таким образом, разработка новых солнечных батарей представляет собой важный шаг вперед в области возобновляемых источников энергии, предлагая эффективные и экономически выгодные решения для современного строительства и энергетики, как отметила научный сотрудник ИОНХ РАН Екатерина Текшина.
"На наш взгляд, именно совокупность этих факторов поможет солнечным батареям, сенсибилизированным красителем, найти применение при интеграции в архитектурные сооружения, несмотря на то, что их КПД ниже, чем у аналогов", — подчеркнула она.
Российский ученые планируют продолжить работу по синтезу новых органических красителей, повышая продуктивность работы создаваемых элементов в условиях искусственного освещения.
Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.