Новости химической науки > Индолины увеличивают эффективность солнечных батарей

Распространение солнечной энергетики связано с решением двух проблем – низкая эффективность и высокая стоимость производства фотогальванических ячеек.

Международная группа исследователей под руководством Микаэля Гретцеля (Michael Gretzel) из Швейцарского Федерального Института Технологии разработали новые сенсибилизаторы, которые могут обеспечить недорогое производство солнечных батарей. Новые сенсибилизаторы основаны на индолиновой структуре.

График зависимости ток-напряжение и спектр фототока для сенсибилизатора D205, ВЗМО которого отображена на рисунке. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 10, 1923)

Несколько лет назад Гретцель разработал легкие в производстве и дешевые фотоэлектрохимические солнечные ячейки, устойчивые к длительному воздействию света и тепла.

Эти ячейки состоят из мезопористого слоя частиц TiO₂, покрытых светочувствительным красителем. При облучении светом электроны красителя переносятся на полосу пропускания TiO₂, собираются на контакте тыльной поверхности, откуда переносятся на цепь внешней нагрузки. Для нормальной работы солнечного элемента электроны, переносимые на TiO₂, не должны рекомбинировать с окисленной формы красителя.

Для предотвращения этой рекомбинации солнечные ячейки снабжены электролитом, содержащим анионы I^– и I₃^–, подающими электроны на дырки в окисленном красителе. Однако главный недостаток такого подхода заключается в необходимости инкапсуляции электролита на основе органического растворителя.

Альтернативой использованию электролитов на основе летучих органических растворителей является использование ионных жидкостей. Они не испаряются, однако проблема их использования связана с их высокой вязкостью, понижающей скорость массопереноса, и, соответственно, уменьшающей эффективность генерирования тока.

Гретцель компенсировал потерю эффективности за счет оптимизации сенсибилизатора. В новой конструкции солнечных ячеек вместо обычных красителей на основе рутения использован краситель индолиновой структуры, обладающим большим коэффициентом экстинкции. Это обстоятельство позволяет уменьшить толщину пленки TiO₂, понижая тем самым длину пробега электрона. Переход к использованию новых сенсибилизаторов позволил достичь 7.2 % выход энергии. Такая эффективность в настоящее время – рекорд для солнечных батарей подобного типа (органический краситель, ионная жидкость, оксид титана).

Источник: Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 10, 1923; DOI: 10.1002/anie.200705225

метки статьи: #органическая химия, #физическая химия, #химическая технология