Ферроэлектрик на основе керамики приведет к повышению эффективности солнечных батарей

Уникальный проект солнечной панели, сделанной из новых керамических материалов, задает направление в сторону обеспечения системы потенциально жизнеспособной энергии, которая становится дешевле, более эффективной и требует меньше времени на изготовление.

Также в этом случае достигается цель, обозначенная еще 40 лет назад, относительно открытия фотогальванического материала, который способен использовать энергию видимого и инфракрасного света, а не только ультрафиолетового спектра.

Масштабирование этого нового проекта от прототипа размером с таблетку до полноразмерной солнечной панели — это большой шаг на пути к созданию доступной солнечной энергии по сравнению с другими средствами производства электричества.

Будущее доступной солнечной энергии может стать ближе, чем нам кажется, благодаря ранним испытаниям нового материала, разработанного группой во главе с учеными из университета Пенсильвании и Дрексельского университета. Частично испытания проводились в Advanced Photon Source (источник синхротронного излучения), расположенном Аргоннской Национальной лаборатории при Министерстве энергетики США.

Ученые разработали новый класс керамических материалов, который обладает тремя основными преимуществами. Во-первых, из него модно производить более тонкие солнечные панели, чем современные батареи на основе кремния, причем один материал выполняет двойную работу. Во-вторых, используются более дешевые материалы, чем в современных высококачественных тонкопленочных солнечных панелях. В-третьих, новый материал — ферроэлектрик, то есть способен менять полярность, ключевое свойство для превышения теоретических пределов энергоэффективности для современных материалов солнечных батарей.

Солнечные батареи малоэффективны частично потому, что частицы, полученные из солнечного света, попадают в солнечную батарею и распространяются во всех направлениях. Чтобы заставить их все течь в одном направлении, требуются слои разнообразно туннелированного материала. Во время прохода между слоями некоторые частицы теряются, из-за чего падает энергоэффективность солнечной батареи. Новый проект задействует меньше слоев, чтобы сократить потери, а ферроэлектрик помогает расходовать меньше энергии для направления частиц.

На создание материала с перечисленными свойствами потребовалось более пяти лет. Материал включает кристаллы перовскита, изготовленные из комбинации ниобата калия и ниобата бария никеля. По сравнению с существующими ферроэлектриками данный материал проявил повышенную эффективность. Он способен поглощать в 6 раз больше энергии и перемещать фотопоток в 50 раз более плотно. Дальнейшая настройка состава материала должна еще более расширить эффективность.

«Это семейство материалов примечательно тем, что состоит из недорогих, нетоксичных и распространенных материалов, в отличие от компонентов современных полупроводников, используемых в тонкопленочных солнечных батареях», заключил Джонатан Спанье.

Результаты опубликованы в издании Nature.

12.12.2013