Nowa metoda wzrostu nanoprętów poprawia wydajność ogniw słonecznych
Zespół badawczy kierowany przez prof. Mingtai Wanga z Instytutów Nauk Fizycznych Hefei Chińskiej Akademii Nauk zaprezentował przełomowe rozwiązanie w dziedzinie nanotechnologii do zastosowań w energetyce odnawialnej. Uczeni opracowali metodę wzrostu jednorodnych nanoprętów tlenku tytanu (TiO₂-NA) o regulowanym zagęszczeniu bez zmiany ich rozmiaru, co umożliwia precyzyjne dostrajanie adekwatności optycznych i elektrycznych ogniw słonecznych.
Tradycyjne techniki produkcji nanostruktur wiązały zmianę jednego parametru (np. średnicy prętów) z koniecznością modyfikacji innych (długości, gęstości), co utrudniało optymalizację ich działania w urządzeniach fotowoltaicznych. Chińscy naukowcy pokonali to ograniczenie, wydłużając fazę hydrolizy w procesie chemicznym. Dzięki temu uzyskali warstwę tlenku tytanu w postaci mniejszych nanocząstek, które w kolejnym etapie przekształcają się w zarodki wzrostu dla rutylowych nanoprętów.
Ponad 10% sprawności dzięki precyzyjnej architekturze
Nowo opracowana technologia pozwala kontrolować ilość nanoprętów na powierzchni bez wpływu na ich wysokość i średnicę. Badacze wykorzystali te struktury w niskotemperaturowych ogniwach słonecznych na bazie CuInS₂ (siarczek miedziowo-indowo-selenowy), uzyskując sprawność konwersji energii rzędu 10,44%. To jeden z najlepszych wyników dla tego typu ogniw w technologii cienkowarstwowej przy zachowaniu prostego procesu produkcji.
Zespół badawczy opracował też model teoretyczny „Volume-Surface-Density”, wyjaśniający, jak gęstość nanoprętów wpływa na zdolność do wychwytywania światła, rozdział ładunków i ich zbieranie. Tym samym stworzono kompletny system łączący zmiany makroskopowe w procesie technologicznym z ewolucją mikrostruktury i wydajnością końcowego urządzenia.
Nowe możliwości dla fotowoltaiki i elektroniki
Osiągnięcie chińskiego zespołu otwiera nowe perspektywy dla inżynierii nanostruktur w energetyce i optoelektronice. Precyzyjna kontrola nad rozkładem przestrzennym TiO₂ może znaleźć zastosowanie nie tylko w ogniwach słonecznych, ale też w fotokatalizatorach, sensorach czy urządzeniach magazynujących energię.
Zobacz również:- LONGi publikuje nowe wyniki badań nad ogniwami tandemowymi – sprawność sięga 34,6%
- Qn-SOLAR prezentuje nowe ogniwa perowskitowe. Masowy start produkcji w 2025
- Ogniwa TOPCon tracą sprawność. Oto, co powoduje degradację i jak temu zapobiec
Źródło: ScienceDaily
