Более легкие, гибкие и дешевые, чем обычные материалы для солнечных элементов, углеродные нанотрубки (УНТ) уже давно продемонстрировали перспективность для фотовольтаики. Но исследования зашли в тупик, когда оказалось, что УНТ преобразуют гораздо меньше солнечного света в электроэнергию, по сравнению с другими методами. В настоящее время ученые разработали солнечный элемент из УНТ, который в два раза эффективнее своих предшественников.
Секрет кроется в хиральности трубок УНТ (отсутствие симметрии правой и левой стороны), которая является комбинацией диаметра и изгиба. В нанотрубке возможно несколько сотен значений различных хиральностей. В прошлом, исследователи были склонны выбирать одну конкретную хиральность с полупроводниковыми свойствами и создавать весь солнечный элемент из этого одного вида.
Проблема в том, что, как оказалось, нанотрубки конкретной хиральности поглощают только узкий диапазон оптического излучения. Если сделать солнечный элемент из УНТ одной хиральности, то большая часть солнечного света им не поглощается.
Команда ученых использовала смесь из полупроводниковых нанотрубок с различной хиральностью. Это увеличило полученный фототок благодаря поглощению солнечного спектра более широкого диапазона. Элементы поглощают ближнюю инфракрасную часть спектра, диапазон, который был недоступен для многих ведущих тонкопленочных технологий.
Хотя это большой прогресс для солнечных элементов на основе УНТ, они по-прежнему отстают от других материалов по эффективности. Кремниевые элементы, например, могут быть на 15-20 процентов более эффективными, но они дороже в изготовлении.
В планах ученых создание солнечных батарей на базе УНТ с различной хиральностью, которые имеют несколько слоев. Каждый слой будет оптимизирован для конкретного диапазона солнечного спектра, и, таким образом, панель будет поглощать больше света. Также солнечные батареи в дополнение к УНТ могут включать другие материалы, такие как органические или неорганические полупроводники.
Источник: http://www.mccormick.northwestern.edu/news/articles/2014/08/breakthrough-for-carbon-nanotube-solar-cells.html