Учёные из Университета МИСИС вместе с международными коллегами предложили инновационный способ создания полупрозрачных солнечных батарей на основе перовскита. Новый метод нанесения прозрачных электродов с использованием оксида индия-олова обещает повысить эффективность солнечных элементов и расширить их применение в архитектуре. Результаты исследования были опубликованы в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.
Целью проекта было создание солнечных батарей, которые не только генерируют электричество, но и пропускают свет, делая их идеальными для использования в оконных конструкциях и фасадах зданий. Исследователи выбрали перовскит, искусственный кристаллический материал, и сосредоточились на разработке прозрачных электродов, обеспечивающих высокую проводимость.
В настоящее время в промышленности для этих целей используется оксид индия-олова, наносимый методом магнетронного напыления. Однако этот процесс оставляет множество дефектов в материале и может повредить другие слои солнечных элементов, что снижает их эффективность. В МИСИС нашли решение этой проблемы: ионно-лучевое напыление, которое позволяет создавать оксид индия-олова с необходимыми свойствами, не повреждая остальные компоненты батареи.
Эксперименты показали, что новый метод увеличивает коэффициент полезного действия (КПД) полупрозрачных солнечных батарей с 3,12 % до 12,65 %. Это значительное улучшение открывает новые перспективы для применения таких батарей в архитектуре.
"Мы создали технологию, которая позволяет разрабатывать как тандемные, так и полупрозрачные солнечные элементы. Эти решения могут быть использованы для интеграции солнечных батарей в окна и другие строительные конструкции," — объясняет Лев Лучников, инженер Лаборатории перспективной солнечной энергетики МИСИС. Тандемные элементы состоят из нескольких слоёв фотоактивных материалов, что позволяет более эффективно улавливать солнечную энергию.
Полупрозрачные солнечные элементы, помимо генерации энергии, пропускают видимый свет, что даёт архитекторам и дизайнерам свободу встраивать их в здания различными способами. Основное преимущество нового метода заключается в его низкой себестоимости по сравнению с альтернативными подходами, такими как магнетронное напыление с низкой скоростью или применение графеновых электродов и металлических нанопроволочек.
Проект был реализован в сотрудничестве с учёными из Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Сколтеха, Римского центра гибридной и органической солнечной энергии и Туринского университета, при поддержке Министерства науки и высшего образования России в рамках программы "Приоритет-2030".
В будущем команда планирует продолжить разработку тандемных солнечных элементов на основе перовскита и кремния, чтобы ещё больше повысить их эффективность и расширить области применения.