Оптическая схема солнечная батарея на базе ЭСМ К-ФИ и ВСМ ПЭДОТ:ПСС. а) Расчет поглощения на единицу объема по сечению конструкции солнечной батареи. б) Профили поглощения устройства солнечной батареи на длине волны 350 нм при освещении спереди (синий) или сзади (оранжевый). Показаны две разные конфигурации с толщиной ESM K-PHI d K-PHI = 100 нм (слева) и 500 нм (справа) и соответствующими толщинами HSM PEDOT:PSS d PEDOT:PSS = 23,8 и 119 нм соответственно. Собирающий слой, где поглощение света с наибольшей вероятностью приводит к зарядке (IQE ≈ 100%), отмечен красной областью. в) Внутренний фототок, который обеспечивает солнечная батарея с различной толщиной активного слоя K-PHI при 1 солнечном освещении, в зависимости от того, освещается ли устройство спереди (синий) или сзади (оранжевый). Последнее приводит к гораздо большему внутреннему фототоку для более толстых устройств. Внутренние фототоки для различных интенсивностей освещения приведены в таблице S6.3 вспомогательной информации. г) время, необходимое для зарядки всей солнечной батареи за счет подсветки при различной толщине активного слоя K-PHI, в зависимости от того, подсвечивается ли устройство спереди (синий) или сзади (оранжевый). Соотношение между временем зарядки от задней и передней конфигураций (задняя:передняя) показано на вставке. В то время как для более тонких устройств со слоем K-PHI направление освещения имеет меньшее значение, для более толстых устройств имеет смысл только задняя подсветка. e) Влияние толщины собирающего слоя на соотношение времени зарядки между освещением сзади и спереди (сравните со вставкой в (d)), рассчитанное для устройств с четырьмя значениями толщины активного слоя K-PHI (100 (синий), 500 (оранжевый) , 2000 (зеленый) и 3000 нм (красный)). Шаги моделирования всех результатов, показанных на этом рисунке, обобщены в таблице S6.1 вспомогательной информации.
Совместные усилия Университета Кордовы и Института исследований твердого тела им. Макса Планка (Германия) добились прогресса в разработке солнечной батареи, изготовленной из распространенного, нетоксичного и легко синтезированный материал, состоящий из двумерного нитрида углерода. Работа опубликована в журнале Advanced Energy Materials. Солнечная энергетика находится на подъеме. Улучшение способности солнечных технологий улавливать как можно больше света, преобразовывать его в энергию и делать ее доступной для удовлетворения потребностей в энергии является ключом к экологическому переходу к более устойчивому использованию источников энергии.
Например, в процессе между сбором света солнечным элементом и использованием энергии по запросу бытовыми приборами хранение играет решающую роль, поскольку доступность солнечной энергии имеет присущую прерывистость.
Чтобы облегчить этот процесс хранения и решить такие проблемы, как воздействие на окружающую среду добычи, переработки или нехватки некоторых материалов, необходимых для обычных батарей (например, лития), родилась концепция «солнечной батареи». Солнечные батареи объединяют солнечные элементы, которые улавливают свет с хранением его энергии в одном устройстве, которое затем позволяет использовать энергию при необходимости.
Альберто Хименес-Солано, научный сотрудник физического факультета Университета Кордовы, вместе с группой из Института исследований твердого тела им. Макса Планка (Штутгарт, Германия) провел исследование, в ходе которого он изучил конструктивные характеристики солнечной батареи из материала на основе двумерного нитрида углерода.
«Группе профессора Беттины В. Лотч в Институте Макса Планка удалось синтезировать материал, способный поглощать свет и сохранять эту энергию для последующего использования по запросу, — объясняет Альберто Хименес-Солано, — и это произошло нам использовать его для создания солнечной батареи».
Для этого команда сначала должна была найти способ осаждения тонкого слоя этого материала [двухмерный углеродный нитрид калия, поли(гептазинимид), K-PHI], создав стабильную структуру, чтобы начать производство фотогальванического устройства. , из-за того, что материал обычно находится в виде порошка или водных суспензий наночастиц.
Эта предыдущая работа позволила им представить конструкцию этой солнечной батареи, в которой, сочетая оптическое моделирование и фотоэлектрохимические эксперименты, они могут объяснить характеристики высокой производительности этого устройства при улавливании солнечного света и хранении энергии.
Физическая структура устройства состоит из «высокопрозрачного стекла с прозрачным проводящим покрытием (чтобы обеспечить транспортировку груза) и ряда слоев полупрозрачных материалов (с различными функциями) и другое токопроводящее стекло, замыкающее цепь», — говорится в исследовании.
По сути, это своего рода сэндвич, состоящий из различных слоев, толщина которых была изучена, чтобы максимизировать как уровень поглощения света, так и его сохранение. В этом случае предлагаемая система может поглощать свет с обеих сторон, поскольку она полупрозрачна.
Команда обнаружила, что у заднего освещения есть определенные преимущества; то, что им удалось прояснить, «создав первоначальный теоретический проект в соответствии с экспериментальными ограничениями», поскольку этот фундаментальный научный проект не останется только на бумаге, но также будет исследовать экспериментальные пределы, предлагая возможные конструкции для этих солнечных батарей.
Это устройство отличается большой универсальностью, так как позволяет получить как большой однократный ток (например, необходимый для фотовспышки), так и меньший ток, который можно поддерживать в течение долгого времени (например, что нужно для мобильного телефона).
Этот проект демонстрирует эффективность этого устройства, изготовленного из безвредного, распространенного, экологически устойчивого материала (извлекаемого из мочевины), который легко синтезировать. Следующие шаги включают в себя продолжение изучения его работы в различных ситуациях за пределами лаборатории и его адаптацию к различным производственным возможностям и потребностям.
