Когда солнечный свет проникает сквозь крону леса, хлорофилл улавливает энергию фотонов. Этот процесс вдохновил ученых из Норвежского университета естественных и технических наук (NTNU) на создание светозахватывающих красителей для солнечных батарей.

В обычных кремниевых солнечных элементах, которые можно увидеть на крышах зданий, свет попадает на один из двух полупроводниковых слоев и освобождает электроны. Их движение создает электрический ток. Сенсибилизированный красителем солнечный элемент (DSSC) работает аналогичным образом. Однако один из полупроводниковых слоев заменяется светочувствительным красителем – он заменен на светочувствительный краситель, который поглощает свет и высвобождает электроны.

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы, как правило, не так эффективны при преобразовании света в электричество, как их кремниевые аналоги. Но они работают в условиях низкой освещенности, могут быть прозрачными и гибкими, поэтому лучше подходят для некоторых конструкций. Чтобы полностью использовать преимущества DSSC, исследовательский проект ищет способы повысить их эффективность.

В статье, опубликованной в журнале Dyes and Pigments, ученые из NTNU показали, что добавление определенной молекулы к красителям может улучшить их светозахватывающие свойства. Лучше всего сработало добавление соединений, содержащих тиофены — молекул, похожих на бензол, но содержащих серу.

Пигмент, который может улучшить характеристики солнечных элементов. Предоставлено: Вильде Бротен.

Чтобы собрать свет, краситель должен действовать как донор и акцептор электронов. Добавляя что-то среднее между донором и акцептором, химики могут увеличить количество света, собираемого клетками.

В процессе работы над проектом, ученые выяснили, что увеличение количества света, улавливаемого красителем, не означает, что солнечные элементы будут работать лучше. Проще говоря, вы можете получить больше электронов, но они не обязательно попадут туда, куда надо.

Повышение эффективности DSSC устранит главное препятствие на пути к их широкому использованию. Сейчас наивысший КПД составляет около 12% по сравнению с 20% для традиционных коммерческих кремниевых солнечных элементов.