Солнечная энергетика будущего: электроды с листовой структурой

Leibniz-IPHT_Elektroden_aus_Laubblaettern_Solarzellen_Photovoltaik-800x441Электрод из листьев может предложить отличные оптические и электронные свойства. К такому выводу пришла команда ученых из Института фотонных технологий им. Лейбница (Leibniz-IPHT) в Йене. Исследователи покрыли прожилки листа медью и таким образом преобразовали их в электропроводящие и оптически прозрачные электроды. Разработанные в соответствии с примером из природы, электроды с листовой структурой могут быть использованы для разработки новых типов фотоэлементов, светодиодов или дисплеев.

«Мы были вдохновлены совершенной оригинальной природной системой и сконструировали электроды с высокой удельной мощностью и низким расходом материала из прожилок листьев», — сообщает Гобин Цзя из Института Лейбница.

Листья растений ведут себя как фотохимические фабрики, которые превращают воду и CO2 в углеводы и кислород посредством фотосинтеза. Фотоэлементы имитируют этот принцип, превращая солнечный свет непосредственно в электроэнергию. Тонкие сетчатые прожилки листьев снабжают клетки листьев водой и питательными веществами. Кроме того, они транспортируют углеводы, полученные при фотосинтезе, в другие части растения. «Это означает, что у них есть много общего с электродами в фотоэлементах, батареях или светодиодах, которые собирают или распределяют электрический ток или сигналы», — объясняет Джонатан Пленц, руководитель рабочей группы «Фотонные тонкопленочные системы» из института Лейбница. Однако, в то время как прожилки листьев остаются работоспособными, даже если их части повреждены, разрывы в фотоэлементах приводят к серьезному ухудшению рабочих характеристик.

Теперь исследователи использовали эффективную транспортную сеть листьев для передачи электроэнергии. Они отделили хлорофилл с листьев фиолетовой магнолии, металлизировали прожилки медью и пропустили через них электрический ток. Скелеты листьев стали прозрачными, проводящими электродами. С высокими параметрами: сопротивление листа на два порядка ниже, то есть электрические характеристики соответственно лучше, чем у обычных тонких пленок из оксида индия-олова, которые используются для прозрачных электродов в сенсорных экранах или тонкопленочных фотоэлементах. Листовые электроды также превосходили обычные в пропускании света в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазоне.

Использование природных структур может не только оказаться более эффективным, но и более дешевым. «Нам нужно гораздо меньше материала для электродов из листьев», — объясняет Джонатан Пленц. Кроме того, расход меди на металлизацию очень низкий. Поэтому исследователь рассматривает металлизированные листья как альтернативу обычным электродам для фотоэлементов. «Разветвленная структура листовых прожилок оптимально спроектирована для транспортировки электрической энергии». И напротив, гребенчатая геометрия электродов на обычных фотоэлементах требует равномерного и излишне толстого слоя серебра по краям. По оценкам Гобина Цзя, если использовать превосходные, похожие на вены структуры листьев для высокоэффективных электродов, то потребление серебра для массового производства фотоэлементов можно было бы уменьшить до менее одной десятой от текущего уровня.

Источник: https://www.solarserver.de/2020/07/07/photovoltaik-der-zukunft-%e2%80%a8forscherteam-baut-elektrode-aus-laubblaettern/

Контакты

ул. Малая Морская, 108, офис 414, Торговый Центр "КИТ", г.Николаев, Украина
+38 (067) 512 33 83
info@sunnik.com.ua
sunnik
sunnik