Встановлено рекорд ефективності сонячних панелей на квантових точках

Вчені з Ульсанського національного інституту науки та технологій (UNIST) у Південній Кореї створили найефективніші на сьогодні сонячні панелі на основі квантових точок. ККД цих сонячних елементів становив 18,1%. Якщо порівнювати з кремнієм, це мало, але в останнього за плечима півстоліття досліджень, тоді як квантові точки почали вивчати менше 15 років тому. Перспективи нової технології запаморочливі.

Сонячні елементи із кремнію взаємодіють зі світлом всією поверхнею. Квантові точки перетворять світло на потік електронів тільки там, де вони нанесені — точково, як випливає з їхньої назви. Слід пам'ятати, що визначення квантові в даному випадку відноситься до кількісної величини, а не до якісної. Квантова точка – це крихітна порція напівпровідникового матеріалу, що взаємодіє зі світлом (з фотонами).

Особливість використання порцій - квантів - світлочутливого матеріалу полягає в тому, що вони можуть бути виготовлені різного розміру і, отже, будуть чутливі кожна до свого спектру. Матеріал у вигляді квантових точок можна наносити на підкладку методом струминного друку на рулонах або за допомогою розбризкування. Це набагато простіше та дешевше, ніж випускати сонячний елемент із кремнію.

Найвищий теоретичний ККД у квантових точок із органічних матеріалів. Також вони безпечніші з погляду екології. Але у них є суттєвий недолік — страх вологості та нагріву, включаючи небажане тривале перебування під прямим сонячним промінням. Вчені з Південної Кореї вирішували саме цю проблему, принагідно намагаючись встановити новий рекорд ефективності для сонячних осередків на квантових точках.

Якщо вірити дослідникам, вони змогли підвищити опір квантових точок погодним умовам. Для цього вчені скористалися перовскітом, який вже зарекомендував себе у фотовольтаїці. Але цього разу вони нанесли на підкладку масив із перовскітних квантових точок, а не створили суцільний шар.

Експериментальні сонячні панелі на квантових точках з перовскіту зберігали ефективний рівень перетворення світла в електричний струм протягом 1200 год за нормальних умов і 300 год при нагріванні до 80 °C. Рівень ККД досяг рекордного значення в 18,1%, що зафіксували в американській лабораторії NREL (вище на малюнку дані вже із зазначенням рекорду UNIST – це свіже оновлення діаграми). Попередній рекорд у 16,6% ККД був поставлений фотопанелями на квантових точках у 2020 році австралійським університетом Квінсленду. Ідемо до нових вершин. Колись кремній піде в минуле, а на його місце прийдуть, зокрема, сонячні панелі на квантових точках.