Красноярские ученые добавили наночастицы в конструкцию солнечных батарей. Это увеличило долю захватываемого света на 10%. Новая конструкция позволит сократить расходы на производство солнечных батарей. Результаты исследования опубликованы в журнале Photonics.

Солнечная энергетика (фотовольтаика) является перспективным направлением альтернативной энергетики, обеспечивающим преобразование солнечного света в тепло или в электрический ток. Эффективность таких устройств определяется материалом фоточувствительного слоя. Современные солнечные элементы на основе кремния практически достигли своего предела в способности преобразовывать световую энергию в электрическую. В связи с этим ученые исследуют новые материалы для фотовольтаики, а также методы повышения эффективности преобразования света в них.

Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и СФУ предложили использовать наночастицы в конструкции органических солнечных элементов на основе таммовского плазмон-поляритона. Это позволило увеличить поглощение света и повысить эффективность устройства. Исследователи использовали в конструкции фоточувствительного слоя сплюснутые или вытянутые по отношению к вектору падающего электрического поля наночастицы. Это позволило увеличить поглощение света, попадающего на фоточувствительный слой, почти на 10%. Более того, в предложенной модели фоточувствительный слой выступает не только в роли поглотителя, но и зеркала, принимающего участие в формировании локализованного состояния – таммовского плазмон-поляритона. К тому же новая конструкция для солнечных батарей позволит сократить расходы при их производстве.

«В основе работы солнечного элемента лежит принцип таммовского плазмон-поляритона – сгустка света, запертого между фоточувствительным слоем и многослойным отражающим зеркалом. Его роль заключается в формировании дополнительной полосы поглощения света в фоточувствительном слое. Полученные ранее на его основе солнечные элементы отличались высоким поглощением света, часть которого, однако, не преобразовывалась в электрическую энергию. Мы предложили новую модель органического солнечного элемента, в которой фоточувствительный слой выполнял одновременно две роли: поглотителя и зеркала для возбуждения таммовского плазмон-поляритона. Привлекательность такого устройства заключается в том, что можно полностью отказаться от использования металлических контактов и минимизировать потери в конструкции», — рассказал кандидат физико-математических наук научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Рашид Бикбаев.

Исследование выполнено при поддержке гранта Президента Российской Федерации для молодых ученых – кандидатов наук (проект № МК-46.2021.1.2).