Структурированные наноэлектроды - новые горизонты органических фотоэлементов
 Сравнение оптической прозрачности "стандартного" электрода (ITO) и предложенной медной наноструктуры. Изображение электрода. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
На сегодняшний день поиск рентабельных и возобновляемых источников энергии – одна из самых актуальных глобальных задач для человечества. И солнечная энергия – одно из наиболее логичных решений этой проблемы. Методика получения электричества из солнечного света известна уже достаточно давно, однако, эффективность и стоимость производства модулей солнечных батарей пока не позволяют им использоваться повсеместно.
Основной структурной единицей солнечной батареи является фотоэлектрический элемент (фотоэлемент), который отвечает непосредственно за преобразование солнечной энергии в электричество. Наиболее распространенный способ осуществления этого преобразования – использование фотовольтаического эффекта проводников, однако, существуют и другие варианты. К примеру, на сегодняшний день весьма многообещающим является использование органических фотоэлементов.
Принцип действия органических фотоэлементов основан на процессах, происходящих в некоторых полимерах при поглощении солнечного излучения. Для работы такой ячейки полимер должен быть нанесен на проводящую подложку, при этом нанесение может быть произведено любым доступным методом, в частности, даже обычной печатью. Органические фотоэлектрические ячейки представляют собой весьма перспективную технологию, т.к. потенциально они дешевы и просты в производстве.
Речь идет именно о потенциальной дешевизне, т.к. пока существенной проблемой является изготовление упомянутой выше подложки, которая удовлетворяла бы одновременно нескольким условиям: имела бы достаточно высокую оптическую прозрачность, низкое электрическое сопротивление и необходимые механические свойства. Механические требования при этом зависят от того, где будет применяться фотоэлектрический элемент: если речь идет об установке на крышу, то электрод должен быть устойчив ко внешним воздействиям; в других случаях может потребоваться гибкость и т.п. При этом одним из основных факторов выбора материала для электрода так же является цена его производства.
До настоящего времени, подложкой для фотоэлектрических ячеек служил материал ITO – смешанный оксид иридия и олова (indium tin oxide), обеспечивающий достаточную оптическую прозрачность и электрическую проводимость. Однако, при всех его преимуществах, данный материал не является оптимальным ни химически, ни механически. Кроме того, он достаточно дорог в производстве.
В качестве замены для ITO предлагались всевозможные варианты, в том числе и сети из нанотрубок. Однако, все они не подходили для массового производства по тем или иным причинам (к примеру, вариант с нанотрубками не обеспечивали нужной оптической прозрачности и электрической проводимости). Но, похоже, ученые близки к прорыву в этой области. Согласно публикации группы исследователей из Мичиганского Университета, ими был предложен новый вариант достаточно прозрачного и проводящего электрода, состоящего из металлической нанорешетки. Главное достоинство разработанного ими электрода в низкой стоимости его производства, при этом прозрачность и электропроводность могут варьироваться вручную (в зависимости от параметров созданной нанорешетки). Предложенный в работе образец обеспечил оптическую прозрачность 83% (в видимом диапазоне), при этом он состоит из медных «нанопроводов» толщиной 70 нм с периодом решетки 700нм. Производство электрода стало возможно благодаря методикам нанолитографии.
Как отметили исследователи, медь – далеко не единственный металл, который может использоваться для производства электродов предложенным методом. В своей работе они описали не просто отдельно взятый эксперимент, а разработанную ими методику по созданию недорогих электродов, которая в будущем может стать настоящим прорывом в вопросе получения альтернативной энергии.
Также по теме:
Источники: