В солнечной инженерии идет гонка за создание тонких и гибких солнечных панелей и исследователи из Стэнфордского университета достигли рекордной эффективности в многообещающей группе новых ультратонких фотоэлектрических материалов.

Эти материалы, изготовленные с использованием дихалькогенидов переходных металлов (TMD), поглощают сверхвысокие уровни солнечного света, падающего на их поверхность, по сравнению с другими солнечными материалами. Эти материалы представляют собой невероятно легкую альтернативу солнечным панелям на основе кремния.

Поиск новых материалов необходим, потому что кремний, который сегодня составляет 95% рынка солнечной энергии, слишком тяжел и громоздок для приложений, где гибкость, легкий вес и высокая мощность имеют первостепенное значение, таких как носимые устройства и датчики или электромобили.

Команда разработчиков смогла создать активный массив толщиной всего несколько сотен нанометров. Матрица включает в себя фотовольтаический диселенид вольфрама TMD и контакты из золота, заключенные в слой проводящего графена толщиной всего в один атом. Все это зажато между гибким, похожим на кожу полимером и антибликовым покрытием, улучшающим поглощение света. В полностью собранном виде сами клетки TMD имеют толщину менее шести микрон. Чтобы достичь толщины одного листа бумаги, потребуется 15 слоев.

«Представьте себе автономный дрон, который питается от солнечной батареи на вершине своего крыла, которое в 15 раз тоньше листа бумаги», - сказал Коуша Насири Назиф, доктор электротехники в Стэнфорде и соавтор исследования.

Новый прототип Stanford достигает эффективности преобразования энергии 5,1%, что является самым высоким показателем для ячеек такого типа. Тем не менее, исследователи прогнозируют, что они могут практически достичь эффективности 27% после оптической и электрической оптимизации.

Кроме того, прототип имел в 100 раз большее отношение мощности к массе, чем любые разработанные TMD. Между тем его удельная мощность составляет 4,4 Вт на грамм, что сравнимо с другими современными тонкопленочными солнечными элементами. Исследователи оценили практический предел их клеток TMD в 46 Вт на грамм.

Более того, TMD стабильны и надежны в течение длительного времени и не содержат токсичных химикатов. Они также биосовместимы, поэтому их можно использовать в носимых устройствах, требующих прямого контакта с кожей или тканями человека.