Ученые из Университета Пенсильвании создают солнечные элементы из нетипичного материала – из условно двумерных дихалькогенидов переходных металлов (TMDC). Эти материалы обладают сравнительно низкой эффективностью преобразования света в электричество, но они в сто раз легче современных кремниевых фотопанелей. Для космоса малый вес – это решающее преимущество. Но над панелями из ДПМ еще предстоит поработать.
Толщина ДПМ-пленки не больше нескольких атомов. Это на несколько порядков тоньше, чем слой кремния или арсенида галлия в современных фотопанелях. Это позволит сделать солнечные ячейки из ДПМ в сто или более раз легче. Для расширения присутствия человека в космосе – на орбите, лунах и других планетах – вес транспортируемых с Земли грузов будет иметь критическое значение. Придет время, и от кремния в космической энергетике придется отказаться. И тогда, уверены исследователи, настанет звездный час легких фотопанелей из дихалькогенидов переходных металлов.
Впрочем, у ДПМ-материалов есть существенный недостаток. Все созданные до сегодняшнего дня образцы фотоэлементов на их основе демонстрировали КПД не выше 5%. В пересчете на вес это все равно лучше, чем у кремния, но в идеальном случае КПД перспективного материала необходимо повышать, что, например, можно делать путем оптимизации структуры фотоячейки. Именно этим занялись ученые из Университета Пенсильвании и добились ощутимого успеха – предложили структуру ДПМ-ячейки с КПД 12%.
Следует уточнить, что заявленный КПД достигнут на цифровой модели фотоэлемента. Исследователи решили начать не с опытов, а с моделирования, в чем есть определенный смысл – так дешевле и быстрее. Но на базе цифровой модели и выработанных методик, уверены специалисты, они или их коллеги смогут в ближайшие четыре-пять лет представить физические образцы солнечных элементов из дихалькогенидов переходных металлов с КПД не менее 10%.
Секрет разработки, о которой ученые рассказали в свежем номере журнала Device, кроется в многослойной структуре элемента (пленка на пленке, когда начинают работать многочисленные переотражения фотонов), а также в конструкции электродов, которая позволяет эффективно управлять экситонами – главными действующими элементами двумерных ДПМ-структур. Но все это пока на бумаге. Ждем практической реализации. (3dnews/Машиностроение Украины и мира)