Исследовательская группа в Институте исследований твердого тела им. Макса Планка под руководством профессора Беттины Лотч недавно представила устойчивую интегрированную конструкцию солнечной батареи на основе распространённых материалов. Их конструкция основана на бифункциональном фотоаноде из нитрида углерода (K-PHI), который может поглощать свет и накапливать электрический заряд.

Область исследований солнечных батарей все еще молода и поэтому очень разнообразна по концепциям и идеям с разными уровнями интеграции. Интеграция означает, что две функции — преобразование световой энергии и накопление энергии — встроены в одно устройство. Это можно сделать с помощью разных подходов, например, путем добавления фотоактивного электрода в батарею или с помощью бифункционального электродного материала. Однако интеграция может также повлиять на перенос заряда, — сказал один из исследователей Андреас Гоудер.

По сути, когда аккумуляторы заряжаются с помощью света, один из фотогенерированных носителей заряда должен быть перенесен с фотоактивного электрода на другой электрод. Профессоры Лотч, Гоудер и их коллеги решили создать аккумулятор, в котором этот процесс происходил бы внутри. Для этого они внедрили многофункциональный сепаратор, который разделяет два электрода внутри их батареи.

Батарея, созданная исследователями, состоит из двух электродов (анода и катода) и разделителя между ними. Поглощение света осуществляется анодом, изготовленным из нитрида углерода. Фотогенерированные электроны накапливаются непосредственно в нитрид углерода, а фотогенерированные дырки (положительные носители) переносятся на катод, изготовленный из органического проводящего полимера PEDOT:PSS.

Учёные-разработчики оценили свою солнечную батарею в серии испытаний и обнаружили, что она дает многообещающие результаты. Солнечный свет может способствовать зарядке солнечной батареи или процессу зарядки и разрядки. Исследователи обнаружили, что их решение, примененное как к процессам зарядки, так и к разрядке, значительно увеличило извлекаемую энергию – на 94,1% по сравнению с тем, когда батарея работала как обычные батареи в темноте.

Интегрированная конструкция солнечной батареи, предложенная этой группой исследователей, может вскоре вдохновить другие команды на создание аналогичных устойчивых батарей на основе фотоанодов из нитрида углерода или с использованием сепараторов. Между тем, исследователи планируют дальнейшее совершенствование своей технологии, повышение ее энергоэффективности и облегчение ее коммерциализации. Отмечено, что такая технология может оказаться востребованной при освоении космического пространства.