Новый материал для солнечных панелей дёшев и эффективен

Фотодетекторы – устройства используемые в фотоаппаратах, видеокамерах и других мобильных устройствах сами по себе являются достаточно экологичными и не наносят вреда окружающей среде, но технологии их производства, особенно тех, которые применяются в солнечных батареях, зачастую оказывают весьма существенное влияние на окружающую среду. По этому исследователи из Northwestern University разработали высокоэффективный фотокондуктивный материал, который использует оксид цинка – вещество используемое в детской пудре и лосьонах. Оксид цинка позволит заменить гораздо более токсичный в производстве сульфид свинца, который используется в большинстве современных фотодетекторов.

Новый материал переводит свет в электричество и при этом обладает множеством полезных свойств – безопасен для природы, дёшев в производстве, эффективен, гибок и настраиваем на различные волны солнечного спектра. Отличные свойства материала обещают ему широкое распространение в крупных устройствах, переводящих свет в электричество, например, в солнечных панелях, и в более мелких, например, в одежде и даже электронных газетах.

Обычно фотокондуктивные материалы достаточно дороги в производстве, это не даёт им возможности распространиться во всех сферах человеческой деятельности, и они достаточно хрупки, что не позволяет использовать их в гибких устройствах. Новый же материал лишён этих недостатков и его проводимость сравнима с аморфным кремнием, который применяется, нпример, в LCD-мониторах. Стоит сказать, что исследование учёных опубликовано в журнале Nature Materials.

В своей работе исследователи использовали гибридную наноструктуру, в которой листы органического вещества чередуются с листами неорганического – оксида цинка, в структуре похожей на книгу. При этом страницы расположены очень близко друг к другу. В этой книге органические слои преобразуют свет в электричество и электроны из них попадают напрямую в проводящий слой оксида цинка, что создаёт электрический ток. Высокая эффективность этой системы определяется тем, что органический и неорганический слои расположены очень близко друг к другу.

Каждый слой оксида цинка толщиной всего 1 нм, тогда как органический слой толщиной 1 – 2 нм, в зависимости от молекул, которые в нём используются. Сейчас исследователи могут сделать из таких материалов небольшие книги, но для того, чтобы использовать их в солнечной энергетике, нужно создать большие и упорядоченные библиотеки из этих книг. Именно над этой задачей сейчас работают учёные.