Новая нанотехнология повышает эффективность солнечных элементов более чем на 10%

Новая технология позволяет выращивать наностержни диоксида титана с регулируемым расстоянием, улучшая улавливание света и преобразование энергии в солнечных элементах. Фото: Canva

Исследовательская группа под руководством профессора Минтая Вана из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук разработала точный метод выращивания упорядоченных массивов наностержней диоксида титана (TiO2-NA) с контролируемым расстоянием без изменения размеров отдельных стержней. Результаты работы, опубликованные в журнале Small Methods, открывают новые возможности для создания наноструктур в области чистой энергетики и оптоэлектроники.

Однородные наностержни TiO2 отлично подходят для улавливания света и переноса заряда, что делает их идеальными для солнечных элементов, фотокатализаторов и сенсоров. Однако традиционные методы производства связывают плотность, диаметр и длину стержней — изменение одного параметра неизбежно влияет на другие, что часто снижает эффективность устройств.

«Наш метод позволяет независимо контролировать плотность наностержней, сохраняя их размеры, что открывает новые горизонты для оптимизации солнечных элементов», — поясняет профессор Ван.

В ходе исследования команда продлила стадию гидролиза предшественника плёнки, что привело к образованию более мелких наночастиц анатаза. При последующей гидротермальной обработке эти частицы превращаются в рутил, служащий основой для роста наностержней. Такой подход позволил регулировать плотность стержней без изменения их диаметра и высоты.

Солнечные элементы на основе CuInS2, созданные с использованием этой технологии, продемонстрировали рекордную эффективность преобразования энергии — свыше 10%, с пиковым значением 10,44%. Для объяснения влияния расстояния между стержнями учёные разработали модель Volume-Surface-Density, описывающую взаимосвязь между плотностью наностержней, улавливанием света и переносом заряда.

Данное исследование преодолевает ограничения традиционных методов регулирования наноструктур, устанавливая полную систему связи между «макрорегулированием процесса — эволюцией микроструктуры — оптимизацией производительности устройства».

Источники: sciencedaily.com, Hefei Institutes of Physical Science