Британская компания Oxford Photovoltaics наряду с другими компаниями планирует коммерциализировать солнечные фотоэлементы на основе красителей (dye-sensitized solar cells (DSSC)), сообщает журнал Photonics Technology Focus.

Ученые из университета Оксфорда, руководителем группы которых является Henry Snaith, модифицировали конструкцию солнечной батареи на основе красителя (еще их называют цветосенсибилизированными солнечными батареями или ячейками Гретцеля). На рисунке 1 слева представлена обычная конструкция цветосенсибилизированной солнечной батареи: два электрода и электролит. Один из электродов пористый (TiO₂) и "пропитан" красителем для увеличения КПД. Когда краситель поглощает квант света, его электрон переходит в возбужденное состояние и за время порядка фемтосекунды (10^-15с) переходит в зону проводимости мезопористого TiO₂. Потеряв электрон, краситель окисляется (наблюдается недостаток электронов и он заряжен положительно), а электроны покидают фотоэлемент через анод FTO (Fluorine-doped tin oxide). Восстановление красителя происходит из йодсодержащего электролита за время порядка 1 мкс: отдавая электроны, красителю и тем самым восстанавливая его, ионы йода превращаются в молекулы йода и диффундируют к катоду, где они восстанавливаются электронами из внешней цепи. Такова обычная схема.

В чем же состоит идея британских исследователей (см. рис.1 справа)? Оксфордская группа ученых заменила жидкий электролит на органический полупроводник р-типа (рис.1). Это позволяет красителю отдать дырку непосредственно полупроводнику всего лишь за 1 пс (10^-12с), что значительно быстрее окислительно-восстановительных процессов в электролите (1 мкс). Кроме того, TiO₂ электрод заменили на электрод из оксида олова SnO₂. Подвижность носителей заряда в SnO₂ в 100 раз выше, чем подвижность носителей в TiO₂, таким образом это может повысить КПД устройства до 20%.

Рисунок 1 - Структура солнечной батареи a) солнечная батарея на основе красителя и электролита, толщина около 10 мкм,
б) пилотная солнечная батарея Oxford Photovoltaics, толщина около 2 мкм. Подслой SnO₂ нужен для того, чтобы избежать непосредственного контакта между Spiro-MeOTAD и FTO анодом.

Рисунок 2 - Схема восстановления красителя

Henry Snaith

Henry Snaith (на картинке вверху), главный технолог Oxford Photovoltaics, считает, что полупрозрачные твердотельные солнечные батареи их компании идеальны в качестве встроенного источника энергии.