Группа исследователей из Стэнфордского университета разработала гибкий солнечный элемент, изготовленный из ультратонких дихалькогенидных переходных металлов диселенида вольфрама (TMD), и он может свергнуть кремний как короля на рынке фотоэлектрических элементов.
Новости технологий сообщают, что кремний в настоящее время составляет почти 95% от суммарного объема материалов, используемых в современной индустрии солнечных панелей из-за его низкой стоимости производства, при этом его КПД составляет почти 30% эффективности преобразования энергии. Хотя TMD присутствует на рынке уже довольно давно, до недавнего времени данный материал не рассматривали как подходящий способ использования преобразования энергии в отрасли солнечной энергетики.
В прошлом эффективность преобразования энергии TMD ограничивалась всего 0,7%. Это было мало по сравнению с 30% КПД кремния. Однако теперь исследователи из Стэнфорда обнаружили, что TMD из диселенида вольфрама обеспечивает эффективность преобразования энергии 5,1%, которая может увеличиться до 27% с некоторыми оптическими и электрическими улучшениями. Этот показатель почти эквивалентен традиционным солнечным панелям, доступным сегодня на рынке.
«Вы можете думать о солнечных панелях на основе TMD как о сборщиках энергии» – сказал доктор Куша Нассири Назиф: «Они могут преобразовывать внутренний и наружный свет в электричество для автоматической подзарядки батарей в системе или для прямого питания цепи, будь то носимые смарт-часы или электрический двигатель автономного дрона».
Это исследование говорит о проблемах эффективности кремниевых солнечных панелей – одной из основных причин беспокойства в индустрии солнечной энергетики. Эти панели должны значительно улучшить КПД (в настоящее время 30%), если солнечную энергию в будущем следует считать основным источником энергии. Кремний – очень жесткий, тяжелый и громоздкий материал. Это может быть относительно неэффективный материал для таких приложений, как космическая техника или носимые устройства, которым нужна легкая и гибкая основа. Многие материалы с более высокой эффективностью откладываются на полку, потому что их нелегко производить с прибылью в больших масштабах. В то же время за самими кремниевыми солнечными панелями необходимо постоянно следить в плане определенных физических характеристик, таких как влагостойкость, что делает их очень ненадежным источником энергии.
По словам соавторов, доктора Куши Нассири и доктора Алвина Дауса, поиск подходящего контактного материала был одной из самых больших проблем в этом исследовании. Дихалькогенид переходного металла или TMD возникает, когда переходный металл образует ковалентную связь с халькогенами, в результате чего образуется соединение. TMD представляют собой двумерные материалы, способные формировать плоские структуры, простирающиеся на несколько дюймов, но имеющие толщину менее 1 нанометра. Эти свойства делают их полезным кандидатом на роль гибких сверхтонких солнечных элементов.