Солнечная панель для комнатных условий

Солнечная панель из перовскита размером с лист А4: (b) Ag contacts – серебряные контакты; Carbon – углерод; Zirconia – цирконий; Titania – титан; Blocking Layer – изолирующий слой. Иллюстрация Physorg

Наноэлектроника базируется, как известно, на силиконе, то есть кремнии, который имеет вполне определенный физический предел миниатюризации. Поэтому ученые ищут пути его модификации с целью создания оптоэлектронных устройств. Одна из таких модификаций, полученная сотрудниками Американского института физики, – карбид кремния, SiC. Этот материал при облучении протонами и добавлении сверху слоя графена дает особые цветные центры, или color centers. Достигается это благодаря тому, что протоны «выбивают» некоторые атомы кремния, в результате возникают кремниевые вакансии (SiV). А они, в свою очередь, генерируют три четкие линии излучения с длинами волн 769, 812 и 813 нанометров зеленого и желто-красного цветов.

Другой подход предложили сотрудники университета в валлийском г. Суонси, которые сумели наладить производство солнечных модулей размером с печатный лист А4. Для сравнения: нынешние ячейки солнечных панелей имеют площадь примерно 10 кв. см. Новые модули, успешно функционирующие уже в течение года, можно просто печатать. В основе нового подхода, разработанного в Уэльсе, лежит использование довольно хорошо известного минерала перовскита – уральского камня, названного в честь русского любителя минералов Перовского.

Бомбардировка карбида кремния протонами генерирует вакансии в материале. Иллюстрация Physorg

Солнечные батареи из перовскита уже доказали свою высокую эффективность преобразования солнечного света в электричество. Валлийцы добавили углерод к перовскиту, сделанному из слоев титана и циркония. Авторы после печатания слоев титана и циркония на стеклянной подложке, в отличие от карбида кремния, покрыли перовскит еще и слоем углерода. Это позволило наладить печатание модулей большой площади, используя хорошо известный в микроэлектронной промышленности метод упорядоченного расположения слоев.

Печать производили в обычных условиях без использования вакуумных камер, в которых осуществляют травление кремниевых схем с помощью электронного пучка. Эффективность преобразования света при работе перовскитных панелей достигает 11% при интенсивности света 200 люкс, то есть при дневном освещении в жилой комнате. Пятикратное увеличение освещенности до 1000 люкс поднимает КПД до 18%, что близко к максимальному уровню.

Применение перовскита с карбоновым покрытием делает более доступным и дешевым пользование солнечными батареями, а также позволяет отказаться от постоянной «дозаправки» мелких устройств (телефоны, планшеты) и самых разных сенсоров внутри помещений. Ученые видят путь к успеху в налаживании бездефектного процесса печати и стандартизации размера слоев титана и циркония. Думается, в недалеком будущем целые дома можно будет покрывать панелями из перовскита.