Полупрозрачные солнечные панели на основе вольфрама 06.09.2024

Современные технологии солнечной энергетики постоянно развиваются, и ученые ищут пути повышения эффективности и доступности солнечных панелей. Традиционные кремниевые панели уже доказали свою эффективность, но исследователи не останавливаются на достигнутом, стремясь найти более гибкие, экономичные и эстетически привлекательные решения. Одним из таких прорывов стало создание полупрозрачных солнечных панелей на основе вольфрама. Эксперты из Стэнфордского университета в сотрудничестве с бельгийским исследовательским центром Imec разработали новую технологию, которая позволяет массово производить такие панели, обходясь без использования кремния.

Исследователи сделали ставку на дыхалькогенидные переходные металлы (TMD), которые обладают высоким коэффициентом поглощения солнечного света. Эти материалы имеют двумерную структуру, гибки и могут быть нанесены на различные поверхности, включая стекла, что делает их идеальными кандидатами для создания полупрозрачных солнечных элементов. Однако сложность производства TMD ранее ограничивала их применение.

В ходе исследования была разработана инновационная технология, позволяющая масштабировать производство пленок из вольфрама диселенида (WSe2). Эти пленки, толщиной всего 30 нанометров, наносятся на пластины толщиной 150 миллиметров. В процессе производства используются два подхода к селенизации: с использованием твердого источника селена (SS-Se) и селенида водорода (H2Se). Первый метод требует нагрева до 900 градусов Цельсия, в то время как второй - до 650 градусов. Несмотря на различия в температурных режимах, оба подхода обеспечивают получение пленок WSe2 с шириной запрещенной зоны от 1,2 до 1,3 эВ, что делает их оптимальными для использования в солнечных элементах.

Одним из ключевых достижений стало увеличение времени жизни носителей заряда материала до 144 наносекунд, что в 14 раз больше, чем в ранее производимых аналогах. Это существенно повышает эффективность преобразования энергии, которая может достигать 22,3%, что сопоставимо с коммерческими солнечными панелями на основе кремния.

Полупрозрачные солнечные панели на основе WSe2 могут найти широкое применение в архитектуре, где их можно использовать для остекления окон, что позволит зданиям генерировать электроэнергию, сохраняя при этом светопроницаемость. Гибкость этих материалов открывает возможности для интеграции солнечных элементов в одежду, автомобили и даже портативные устройства, создавая новую эру в использовании солнечной энергии.

Процесс производства таких панелей не только относительно прост, но и экономически выгоден. Это делает технологию доступной для массового применения и сулит значительное снижение стоимости солнечной энергии. Высокая эффективность при малом весе (до 64 Вт на грамм в упакованной ячейке) делает эти панели привлекательными для использования в наноэлектронике и других инновационных областях.

Новая технология производства полупрозрачных солнечных панелей на основе вольфрама открывает широкие перспективы для солнечной энергетики. Высокая эффективность, гибкость и экономическая доступность таких панелей могут значительно изменить подход к использованию возобновляемых источников энергии, делая солнечные технологии более интегрированными в повседневную жизнь.