В ТюмГУ разработан новый метод изготовления тонких пленок для преобразования солнечного света в электроэнергию, сообщает РИА Новости.
Изобретение позволяет превзойти по эффективности традиционно используемые в солнечной энергетике элементы на основе кремния, рассказали агентству в пресс-службе университета.
"Солнечная батарея работает как "слоеный пирог" из двух коржей с прослойкой между ними. В одном слое — избыток электронов, в другом — свободные места, куда они могут перейти. Когда на батарею попадает свет, электроны высвобождаются и устремляются туда, где их не хватает — так возникает электрический ток", — объяснил один из авторов разработки, доцент Школы естественных наук Тюменского государственного университета (ТюмГУ) Максим Григорьев.
Он уточнил, что прослойка играет роль барьера: она помогает движению быть упорядоченным, а не хаотичным. Однако у самого материала слоев есть важная характеристика — энергетический порог (параметр, показывающий, насколько эффективно материал может поглощать световое излучение), который зависит от его физических и химических особенностей.
По словам исследователя, в настоящее время до 95 процентов мирового рынка солнечных батарей занимают устройства на основе кремния, который практически достиг своего физического предела по КПД — около 29–30 процентов (лучшие лабораторные образцы дают порядка 28 процентов, а коммерческие панели — 19–22 процентов). Дальнейшее улучшение кремниевых элементов дает лишь небольшой прирост, поэтому ученые ищут альтернативные материалы и многослойные (тандемные) конструкции.
Один из таких вариантов — тонкопленочный теллурид кадмия (CdTe), уточнил Григорьев. В готовой панели CdTe устойчив и не возгоняется при условиях эксплуатации, однако при неправильной утилизации (если разбитые панели попадают на свалку и контактируют с кислыми стоками) кристаллическая решетка может разрушаться, и кадмий переходит в растворимую форму и может проникать в почву и грунтовые воды.
Ученые ТюмГУ исследовали тонкие пленки сложного соединения серы с кадмием, медью и индием (сульфида — Cd₂CuInS₄) как один из перспективных материалов для фотовольтаики (процесс возникновения электрического тока в различных материалах под действием падающего на них света — прим. ред.). Подобные соединения рассматриваются и другими научными группами, и работа тюменских исследователей посвящена не созданию нового вещества, а методу синтеза и нанесения.
По словам авторов разработки, у синтезированного ими в виде порошка сульфида энергетический порог отличается от эталонного значения менее чем на один процент и при этом имеет важное преимущество перед кремнием и теллуридом кадмия, а именно — относительно простой и безопасный способ получения.
