Сотрудники Массачусетского технологического института Ричард Лант (Richard Lunt) и Владимир Булович сконструировали относительно эффективные солнечные элементы, прозрачные в видимом диапазоне и поглощающие в ближней ИК-области спектра.
Если наладить производство недорогих фотоэлектрических элементов такого типа, их можно будет крепить на стеклах автомобилей и домов. Действительно, при изготовлении оконных стекол часто приходится искусственно снижать их пропускание в видимом диапазоне до 70 или даже до 55 процентов, теряя отраженные или поглощенные проценты, а фотоэлементы, аналогичным образом уменьшающие пропускание, с пользой преобразуют энергию непрошедших фотонов.
Неорганические полупроводники с «полосчатыми» спектрами поглощения плохо приспособлены для этого. Напротив, экситонный характер органических полупроводников (тот факт, что поглощение ими света приводит к появлению экситонов, связанных состояний электрона и дырки) проявляется в виде спектра с четкими пиками поглощения и провалами. Такой спектр более удобен, если пропускание элемента, по задумке конструктора, должно резко меняться при переходе от одного диапазона длин волн к другому.
Преимуществами органических полупроводников также называют гибкость, простоту обработки и низкую стоимость.
Свой вариант прозрачного фотоэлемента американцы решили построить на основе молекул фуллерена С60 и хлоралюминиевого фталоцианина ClAlPc. В конструкцию, разумеется, входили и другие материалы, и самым важным из неосновных ее элементов можно считать так называемый распределенный брэгговский отражатель — слоистую структуру, в которой коэффициент преломления периодически изменяется в направлении, перпендикулярном слоям. Здесь он был выполнен из перемежающихся слоев TiO2 и SiO2 и играл роль прозрачного в видимом диапазоне зеркала, расположенного за С60 и ClAlPc и отражавшего излучение в ближней ИК-области спектра. На рисунке ниже показано, насколько сильно отражатель увеличивал поглощение в этой области — параметр, непосредственно влияющий на работу элемента.
Катод и анод, естественно, тоже пришлось изготавливать из прозрачного материала, которым стал оксид индия и олова ITO.
При тестировании элементы с усредненным пропусканием в видимом диапазоне, равным (65 ± 3)%, показали эффективность преобразования энергии в (1,3 ± 0,1)%. Если требования к пропусканию снизить до (56 ± 2)%, эффективность возрастет до (1,7 ± 0,1)%.
Такие характеристики можно считать рекордными для прозрачных фотоэлементов. Впрочем, до кремниевых солнечных элементов с их 22-процентной эффективностью преобразования еще очень далеко, и покрыть это расстояние органические полупроводники в принципе не способны: в планы авторов входит повышение эффективности только до 12%. На коммерциализацию технологии, как считают г-да Лант и Булович, уйдет 5–10 лет.
https://www.compulenta.ru/
