Ученые РФ создали органические красители для солнечных панелей

Команда ученых из Института перспективных материалов и технологий МИЭТ, Института органического синтеза УрО РАН, Уральского федерального университета, Института общей неорганической химии РАН синтезировали органические красители с улучшенными свойствами для сенсибилизированных солнечных элементов. С помощью одного из красителей — IS-BTh-1 — удалось достичь КПД солнечных элементов в 4,41%. Как отмечают ученые, это не рекордные показатели, однако крайне воодушевляющие. Описание новых красителей и свойств исследовательский коллектив опубликовал в журнале Dyes and Pigments. Работу ученых поддержал Российский научный фонд (проекты № 22-73-00291).

Красители и солнечные элементы, с которыми работают ученые, имеют ряд преимуществ. Во-первых, красители синтезируют из органических веществ, из-за чего они менее токсичны по сравнению с аналогами, в основе которых металлы. Во-вторых, синтез материалов простой, дешевый и доступный. Он, как поясняют исследователи, позволяет варьировать заместители в структуре красителей и таким образом настраивать оптические, электрохимические и электронные свойства красителей. И в целом сенсибилизированные красителем солнечные элементы — это простые устройства, созданные из недорогих материалов и не требующие дорогостоящего оборудования и технологий. Так, стоимость производства сенсибилизированных солнечных элементов в два раза ниже кремниевых батарей (примерно 100 и 200 долларов за один кв. м).

Ученые уверены, эффективность преобразования солнечного света сенсибилизированными солнечными элементами еще не достигла предела и в будущем может сравняться с кремниевыми солнечными батареями.

Вариантов применения сенсибилизированных красителем солнечных батарей множество. Их можно использовать, например, для зарядки гаджетов или в индустриальном применении в виде полупрозрачных панелей интегрировать на фасады зданий. Если такие элементы встраивать в стекла, можно получить двойной эффект — защита от шума и попутная электрогенерация. Кроме того, можно добиться улучшения декоративной составляющей за счет панелей различного цвета. При этом для таких панелей не обязателен прямой солнечный свет, достаточно и рассеянного. Их также можно использовать для конверсии света искусственных источников (в настоящее время это крайне актуальное направление в мировой науке).

«Мы измерили эффективность солнечных элементов с нашим красителем при температуре от +10 °С до +55 °С. В первом случае нам удалось достичь эффективности в 5,38%, но при нагревании мы наблюдали потерю эффективности до 2%, — рассказывает соавтор разработки, руководитель лаборатории перспективных органических материалов Института органического синтеза УрО РАН Александр Степарук. — В целом нам с коллегами из ИОНХ РАН и НИУ МИЭТ под руководством Сергея Козюхина и Петра Лазаренко удалось разработать установку, которая позволяет измерять эффективность при различных температурах (от -30 до +60 °С). В настоящее время занимаемся данным вопросом, чтобы понять условия эксплуатации данных элементов, причины деградации и другие важные параметры».

В планах ученых — продолжить работу по синтезу новых красителей с заданными свойствами, апробировать их в солнечных элементах, изучить эффективность в условиях искусственных источников света, а также создать элементы с инвертированной структурой, масштабировать технологию.

Источник: Научно-информационный портал «Поиск»