Научный коллектив из Китая, России и Южной Кореи создал из инновационного материала солнечные полимерные элементы с эффективностью преобразования энергии в 19,25 % — одной из самых высоких, зарегистрированных на сегодня в мире для таких панелей. Образцы получились эластичные, гибкие, с высокой механической прочностью, что позволяет их использовать в качестве гибких покрытий на девайсах, одежде, любых неровных устройствах. Описание полученных образцов и их свойства исследователи опубликовали в журнале Advanced Functional Materials.
«Сегодня во всем мире развивается это направление. В целом срок службы современных полимерных панелей составляет 3–5 лет, что, безусловно, меньше в сравнении с теми же кремниевыми, у которых срок службы до 25 лет. Однако преимущества полимерных панелей в том, что они более экологичные. Но главное — они гибкие, выдерживают перегибы, растяжения и при этом остаются эффективными. По сути, их создают, чтобы наносить на носимую электронику, девайсы», — поясняет соавтор работы, заведующий лабораторией фотовольтаических материалов УрФУ Иван Жидков.
Среди ключевых преимуществ таких панелей — не только гибкость (их можно сворачивать в рулоны, устанавливать на искривленные поверхности), но и легкость: их вес составляет до 0,175 кг на м², что более чем в 50 раз легче стеклянных аналогов. Такие панели идеально подходят для туризма, яхт и даже в качестве фотоэлементов на фасадах или окнах. Их можно наносить на ремешки умных часов и за счет этого облегчать циферблат. Однако пока такие панели нигде не используют.
«Сегодня разработчики во всем мире пытаются сбалансировать технологию и комбинацию полимеров, упаковку и другие характеристики, чтобы, с одной стороны, повысить стабильность, а с другой — эффективность. Но применение таких материалов не за горами. Суть нашей работы также заключалась в том, чтобы правильно отрегулировать структуру полимера и скомбинировать слои, чтобы получить нужные свойства гибкости, стабильности, эффективности, износостойкости», — добавляет Иван Жидков.
В итоге научному коллективу удалось достичь одни из лучших мировых показателей для этого типа солнечных панелей. Так, эффективность преобразования энергии, по сути КПД, составила 19,25 % (для сравнения — КПД кремниевых панелей на сегодня 20–24 %), после 200 циклов растяжения у панелей сохраняется 85,3 % от первоначальной эффективности преобразования энергии и 80,1 % после 7000 циклов изгиба. Материал также обладает отличной термической стабильностью — панели работают при температуре до 70 градусов Цельсия.
«Такие панели — отличная перспектива. Они дешевле кремниевых, просто потому что органика в целом дешевле, у них более простой и дешевый синтез, технология проще относится к дефектам, соответственно, их можно печатать на рулонных принтерах. В этом плане они технологичные», — поясняет Иван Жидков.
Отметим, в международную научную группу вошли специалисты Университета Гуанчжоу, Южно-китайского технологического университета, Ганнанского педагогического университета, Университета Корё, Шэньчжэньского технологического университета, Уральского федерального университета, а также компании ET Solar Energy and Technology Co., Ltd.