Ученые из Национального исследовательского университета «МИЭТ» (НИУ МИЭТ) в партнерстве с институтами РАН разработали солнечные батареи, которые можно использовать в качестве элементов дизайнерского оформления фасадов зданий.
Уникальность разработки в том, что панели являются полупрозрачными, а за счет вариации сенсибилизирующего красителя могут приобретать определенный цветовой тон. Из набора таких разноцветных солнечных батарей можно сделать витраж или мозаику, которая будет вырабатывать электричество. Кроме того, батареи существенно дешевле аналогов благодаря применению новых материалов. Использовать их можно в строительстве и современном дизайне зданий. Как отмечают исследователи, невысокая стоимость компонентов и разнообразные цветовые решения делают разработку эксклюзивным высококонкурентным продуктом.
«Сенсибилизированные солнечные батареи создаются на основе новых безметалльных красителей с D-π-A-архитектурой. Высокая степень поглощения солнечного света красителями обеспечивается развитой системой π-сопряжения в молекулах за счет эффективного внутримолекулярного переноса заряда с донорной на акцепторную часть красителя. Стоимость данных красителей заведомо ниже стоимости подобных коммерческих функциональных материалов за счет комплекса эффективных и надежных подходов к синтезу безметалльных красителей», — рассказывает младший научный сотрудник Института органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения (ИОС УрО) РАН Александр Степарук.
В процессе сборки можно модифицировать компоненты для улучшения характеристик солнечных батарей или их оптимизации под конкретные области применения. Например, за счет вариации материала и структуры фотоанода можно управлять степенью прозрачности и эффективностью батареи, а за счет изменения структуры красителя изменять цвет элементов, что особенно важно для дизайнерской составляющей процесса создания архитектурно интегрированных фотовольтаических систем.
«Мы провели испытания панелей в условиях, соответствующих реальной работе. Например, эффективность и выходную электрическую мощность замеряли в стандартных условиях освещенности «AM 1.5», что соответствует интенсивности солнечного излучения на поверхности Земли, когда Солнце находится под углом 45° к горизонту. А влияние структурных фрагментов полученных красителей на квантовую эффективность элементов определяли при воздействии монохроматического излучения и при постоянном контроле температуры и влажности. Таким образом мы подтвердили пригодность нашей разработки к эксплуатации в реальных метеорологических условиях», — отмечает старший научный сотрудник НИУ МИЭТ Петр Лазаренко.
В настоящее время исследователи ведут диалог с различными производителями в России, чтобы реализовать пробную сборку элементов в производственных условиях. Запустить солнечные батареи с новыми свойствами в промышленное производство планируется в течение нескольких лет.
Новый наукоемкий продукт разработан учеными НИУ МИЭТ по стратпроекту в программе Минобрнауки «Приоритет 2030» в рамках национального проекта «Наука и университеты» в партнерстве с ИОС УрО РАН, Институтом общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова и Институтом физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН. Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда.
