Новости перспективных технологий

Ячейка Гретцеля на твёрдом электролите достигла рекордной эффективности

Изображения с сайта compulenta.ru

Органические фотоэлементы на основе красителей, известные как ячейки Гретцеля, — это цветосенсибилизированные (цветочувствительные) фотоэлектрохимические ячейки, чем и отличаются от кремниевых или обычных органических фотоэлементов.

Они дешевле, потому что их можно производить прокатом плёнки, без сложного оборудования. Ячейки имеют простую структуру: пара электродов и йодосодержащий электролит. Один электрод, находящийся на прозрачной электропроводящей подложке, состоит из диоксида титана (TiO2). Другим как раз является сама прозрачная электропроводящая подложка.

Работу такого фотоэлектрохимического элемента часто сравнивают с фотосинтезом: в обоих случаях используются окислительно-восстановительные реакции, протекающие в электролите. Основным практическим ограничением для ячеек Гретцеля считается их морозостойкость: современные жидкие электролиты замерзают на морозе, что разрушает фотоэлемент. А вот при более высоких температурах они работают идеально, не демонстрируя снижения КПД вплоть до +60 ˚С. Другой проблемой является коррозионная активность электролита: всего за 18 месяцев он может «проесть» даже корпус ячейки, изготовленный из алюминия или нержавеющей стали.

Исследователи из Северо-Западного университета (США) заявили том, что им впервые удалось решить все эти проблемы одним махом — просто заменив агрессивный жидкий электролит на разработанный Меркурием Канацидисом твёрдый, который, разумеется, не может утечь из фотоэлемента. Другим его замечательным качеством называется морозостойкость и, следовательно, отсутствие возможности выхода из строя при отрицательных температурах.

На самом деле новый электролит изначально является жидкостью. Но по мере функционирования в ячейке он твердеет и остаётся таковым неопределённо долго. Технически это не совсем ячейка Гретцеля: цезиево-оловянный элемент действует как полупроводник в обычной солнечной батарее, вот только ему надо быть таким же чистым и дорогим, как кристаллический кремний. Кроме того, наличие оксида титана позволяет дополнительно осуществлять фотоэлектрохимический процесс получения электроэнергии.

Разработанная ячейка состоит из тонкоплёночной смеси цезия, олова и йода CsSnI2,95F0,05, допированной SnF2, нанопористого TiO2 и красителя N719. При создании фотоэлемента раствор заливается внутрь ячейки, затем растворитель испаряется и остаётся лишь твёрдая структура.

Нельзя сказать, чтобы попытки создания твёрдых электролитов не предпринимались, однако предлагавшиеся доселе варианты имели КПД ниже, чем обычные ячейки Гретцеля на жидких электролитах. Ну а новый вариант такого фотоэлемента продемонстрировал КПД в 10,2%, что близко к рекордным показателям ячеек Гретцеля на жидких электролитах (11–12%), при сохранении себестоимости ячейки в прежнем диапазоне.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Информация с сайта compulenta.ru с ссылкой на материалы Северо-Западного университета.

Автор оригинального текста: Александр Березин.