Излучаемый солнцем свет является одной из самых перспективных форм возобновляемой энергии. В то же время традиционные фотоэлектрические элементы, преобразующий солнечное излучение в электрический ток, обладают слишком высокой стоимостью, из-за чего быстрый переход на них не представляется возможным. В настоящее время исполняется большое число различных научных проектов, целью которых является преодоление данного недостатка. Одной из перспективных разработок является использование органических красителей в солнечных батареях.
Рабочий материал разрабатываемых фотоэлектрических элементов представлен дешевыми органическими красителями, которые наносят на поверхность нано частиц диоксида титана, что позволяет отказаться от использования дорого кремния и редкоземельных элементов. Чжаохун Хуану из ASTAR (Агенства по науке, технологиям и исследованиям), что в Сингапуре, вместе со своими коллегами удалось добиться значительного снижения стоимости фотоэлектрического элемента на основе органических красителей, заменив углеродными трубками ITO индий-оловянный электрод.
Классическая схема солнечной батареи, использующей органические красители в качестве абсорбирующего компонента, представлена пористым слоем нано частиц диоксида титана, покрытого органическим красителем. Краситель способен эффективно впитывать солнечный свет, после чего в частицах диоксида титана происходит образование электрического тока. Сторона батареи, обращенная в сторону солнца, наиболее часто покрывается прозрачным электродом ITO, который обеспечивают транспортировку носителей заряда от частиц диоксида титана за пределы фотоэлектрического элемента. Данный электрод имеет определенные недостатки: он очень хрупок и быстро трескается, имеет малую устойчивость к механическому воздействию и, помимо прочего, обладает значительной стоимостью. Около шестидесяти процентов стоимости современных солнечных батарей, основанных на использовании органических красителей, приходится именно на ITO электрод. Кроме того, индий является чрезвычайно редким элементом и со врменем неуклонно продолжает дорожать.
Именно поэтому специалистами было проведено масштабное исследование, целью которого являлась замена ITO электрода более дешевым материалом, которым стали пленки из углеродных нанотрубок – прочный, гибкий и почти полностью прозрачный материал. Вместе с тем, нанотрубки из углерода обладают и недостатком – носители фотосгенерированного заряда в них могут вступать в рекомбинацию с ионами раствора красителя, что негативным образом сказывается на конечной эффективности преобразования энергии.
Для преодоления вышеупомянутого недостатка, учеными было принято решение использовать тонкую пленку диоксида титана между пористым слоем и нанторубками. Модернизация фотоэлектрических элементов из органических красителей позволило добиться повышенной эффективности. Вместе с тем, эффективность преобразования солнечного света в фотоэлектрических элементах на основе красителей достигает всего 1.8 процента, что в сравнении с ITO батареями очень мало. Причиной этому является меньшая оптическая прозрачность углеродной пленки, которая ограничивает общее количество света, ниспадающего на диоксид титана. Ликвидировать этот недостаток без замены материала не представляется возможным.
Тем не менее, китайские исследователи настроены весьма оптимистично и решительно: в настоящее время они ведут масштабные работы по увеличению оптической прозрачности и электрической проводимости нанотрубок для повышения эффективности элементов. Кроме того, попутно исследователи работают над заменой нижнего электрода из платины на углеродную нано пленку.{odnaknopka}