КПД солнечных панелей на 10% повысили, нанеся на поверхность кремниевых ячеек слоя наночастиц оксида гадолиния с ионами эрбия (Er), физики Уральского федерального университета (УрФУ), 5 июня сообщила пресс-служба вуза.

Результаты исследования нового материала, его структуру и показатели эффективности авторы разработки представили в статье «Наночастицы оксида гадолиния, легированные Er, для улучшенного преобразования энергии в ультрафиолетовом диапазоне: структурные особенности, оптические свойства и квантовая эффективность», опубликованной в Journal of Luminescence.

Лабораторные исследования показали прирост эффективности созданного прототипа по сравнению с обычной кремниевой ячейкой на 10%. Дальнейшие проверки показателей модифицированных панелей в различных условиях окружающей среды — в дождь, при перепадах температуры и других — ученые будут вести до конца года.

Соавтор разработки, старший научный сотрудник лаборатории «Физика функциональных материалов углеродной микро- и оптоэлектроники» УрФУ Юлия Кузнецова пояснила:

«Мы взяли за основу кремниевые солнечные элементы, так как это „классический“ вариант. У таких ячеек предел эффективности — без побочных факторов, которые ведут к потерям КПД — 29%. Если мы говорим о многослойных (тандемных) системах, то там, в зависимости от используемых материалов, предел эффективности варьируется от 21 до 33%. Наша разработка подойдет и для кремниевых, и для других солнечных панелей. Дополнительный конструкционный слой поможет улучшить эффективность любых ячеек».

Повышение эффективности солнечных панелей в настоящее время идет по двум направлениям — это расширение диапазона солнечного света, участвующего в преобразовании энергии, и снижение потерь энергии при работе (например, использование антиотражающих покрытий или светопоглощающих элементов).

Физики УрФУ пошли по первому пути, расширив спектральный диапазон работы ячеек в ультрафиолетовой области с помощью слоя наночастиц оксида гадолиния с ионами эрбия.

«Аналогичные зарубежные разработки, конечно, существуют. Но там, как правило, используют другие материалы полупроводникового типа — перовскиты, которые на сегодня очень популярны. Мы пошли по другому направлению и используем диэлектрик», — рассказал соавтор исследований доцент кафедры редких металлов и наноматериалов УрФУ Максим Машковцев.

Диэлектрик, в отличие от полупроводников, эффективно поглощает ультрафиолетовое излучение (область низких длин волн, от 200 до 400 нанометров), что позволило исследователям увеличить эффективность поглощения ультрафиолетового излучения солнечной панели.

Разработка екатеринбургских ученых актуальна в рамках идущей в мире борьбы за снижение связанных с энергетикой выбросов углекислого газа, который признан ответственным за увеличение скорости глобального потепления. Для снижения этих выбросов реализуется переход на безуглеродную энергетику, в том числе идет увеличение количества солнечных электростанций.