Корейські вчені зробили прорив в сонячній енергетиці

Корейські вчені з Ульсанського національного інституту науки і технологій (UNIST) здійснили прорив у галузі сонячної енергетики, розробивши найефективніший у світі сонячний елемент на основі квантових точок. Ця розробка є важливим кроком на шляху до комерціалізації сонячних елементів наступного покоління. Про це пише видання Екотехніка.

Сонячні елементи на основі квантових точок і звичайні кремнієві сонячні елементи - це два різних підходи до перетворення сонячного світла в електрику.

Різниця миж кремнієвими фотоелементами та квантовими

Кремнієві сонячні елементи, які найчастіше можна побачити на дахах будинків і на великих сонячних електростанціях, виготовлені з кремнію, широко доступного матеріалу. Вони поглинають сонячне світло і перетворюють його в електрику завдяки руху електронів у кремнієвій структурі. Однак вони мають такі недоліки, як відносно низька ефективність (зазвичай близько 20% для комерційних продуктів) і висока вартість виробництва. Крім того, вони чутливі до змін температури, і їхня ефективність може знижуватися в умовах спекотного клімату.

Сонячні елементи на основі квантових точок використовують крихітні нанокристали, які можуть поглинати і перетворювати сонячне світло більш ефективно, ніж кремній. Однією з головних переваг квантових точок є їхня здатність поглинати світло різних довжин хвиль, що дозволяє перетворювати більше сонячного світла в електрику. Це призводить до вищої ефективності, ніж у кремнієвих сонячних елементів.

Крім того, сонячні елементи на основі квантових точок недорогі і прості у виготовленні, їх можна використовувати для виробництва розпилювальних покриттів (фарб). Загалом, ці пристрої є перспективним напрямком у сонячній енергетиці і можуть привести до більш ефективних і дешевих способів використання сонячної енергії.

Нова розробка дослідницької групи UNIST

Дослідницька група UNIST розробила нову методику заміщення лігандів. Заміщення лігандів - це метод, що використовується в хімії та матеріалознавстві, за допомогою якого одні молекули (ліганди) на поверхні наночастинок замінюються іншими. Нова методика дозволила виготовити високоефективні органічно-координовані перовскітні квантові точки з відмінною стабільністю і зменшеним вмістом внутрішніх дефектів у фотоактивному шарі сонячних елементів.

Вчені використовували ліганди на основі алкіламонію для ефективної заміни лігандів органічних перовскітних квантових точок, що дозволило створити фотоактивний шар квантових точок для сонячних елементів з високою ефективністю підміни та контрольованими дефектами.

В результаті цього дослідження ефективність органічних перовскітних квантових точок, яка раніше була обмежена 13%, була значно підвищена до 18,1%. Крім того, ці сонячні елементи продемонстрували надзвичайну стабільність, зберігаючи свої властивості навіть після тривалого зберігання. Нові органічні перовскітні квантові точки демонструють одночасно високу ефективність і стабільність.

Це відкриття представляє новий напрямок для методів заміщення лігандів в органічних перовскітних квантових точках і може стати каталізатором революції в дослідженнях матеріалів для майбутніх квантових точок сонячних елементів.