Сонячні елементи наступного покоління використовують атомно-тонкі матеріали для підвищення ефективності
Нові горизонти: Як 2D матеріали революціонізують сонячну енергетику
Міжнародна дослідницька група, під керівництвом професорів Гулама Даствіра та Чжіміна Вана, провела всебічне дослідження, яке розкриває потенціал двовимірних (2D) матеріалів у революціонізації сонячної енергетики. Основний фокус їхньої роботи – на подоланні традиційних обмежень кремнієвих фотогальванічних елементів шляхом створення більш ефективних, стабільних та гнучких систем.
Деякі з ключових 2D матеріалів, що досліджувались, включають графен, MoS2 та MXenes, які забезпечують точне налаштовування ширини забору, покращений транспорт зарядів і високу хімічну стабільність. Ці характеристики суттєво знижують енергетичні втрати, що є проблемою для класичних сонячних елементів. Впровадження цих матеріалів як транспортувальних шарів електронів або дірок, а також у ролі пасиваційних агентів, покращує вирівнювання енергетичних рівнів та знижує рекомбінацію на перовскітних, органічних і барвникових платформанах.
Розширення можливостей 2D матеріалів
Вчені представили різноманітність 2D матеріалів з унікальними властивостями, включаючи прозорі електроди та каталітичні зворотні електроди. Їхні дослідження поширюються на новітні методи, такі як хімічне парове осадження, екстракція в рідкій фазі та рулонна обробка, що збільшують можливості для масового виробництва.
У своїх експериментах, вони підкреслили успіх перовскітних елементів, які показали тривалість життя понад 1000 годин та ефективність перетворення понад 26%. Органічні елементи ж продемонстрували покращення механічної витривалості завдяки корекції роботи функції на інтерфейсах 2D шарів. Барвникові пристрої, у свою чергу, вдосконалили перетворення потужності із застосуванням ефективних електродів, таких як WSe2:Zn та MoP/MXene.
Виклики та потенційні рішення
Незважаючи на значний прогрес, вчені стикаються з викликами, як-от обмежений рівень поглинання світла через атомну товщину, вразливість до дефектів та труднощі в масштабованому синтезі. Вони пропонують інтеграцію машинного навчання для швидкого скринінгу матеріалів, розгортання багатофункціональних гетероструктур та суворе тестування на тривалість життя для досягнення стабільності понад 10,000 годин.
Завдяки цій роботі окреслено шлях до комерціалізації фотоелектричних елементів з ефективністю понад 28% до 2030 року, закликаючи до міждисциплінарної співпраці для реалізації сонячної енергетики на терраватних масштабах. Цей прорив відкриває безпрецедентні можливості для сталого розвитку і зменшення впливу на довкіл
