Сенсибилизированный красителем солнечный элемент(DSSC) в условиях Узбекистана

Энергия, потребляемая в мире, получается, в основном, с использованием ископаемых видов топлива (газа, угля, нефти и урана), которые состоят из тепловой энергии и ядерной энергии. Однако из-за ограниченного количества таких видов топлива, отсутствия у них экологической чистоты и сейсмической устойчивости экологически чистые возобновляемые источники энергии (ветровая и солнечная энергия), особенно фотоэлектрические, занимают особое место в вопросе энергоснабжения. В связи с этим большое значение имеет создание эффективных солнечных элементов, в частности солнечных элементов, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO2 с полупроводниковыми свойствами.

В последнее десятилетие ведущие лаборгашовратории мира проводят исследования по созданию высокочувствительных цветных солнечных элементов (Dye-sensitized solar cell- DSSC) на основе полупроводниковых структур, состоящих из тонкослойных полупроводниковых полимерных электролитов, солей и окрашивающих молекулярных мембран (красителей).

Это связано с использованием электрода, покрытого непосредственно слоем красителя, вместо электрического поля в p-n-переходе при разделении носителей заряда в обычных солнечных элементах, в связи с чем уделяется особое внимание на создание эффективных солнечных элементов за счет оптимизации параметров слоя и улучшения технологии приготовления.

Учёными из Швеции Майклом Грацелем с коллегами впервые изучены оптические свойства солнечных элементов, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO2 с полупроводниковыми свойствами. Максимальный КПД этого типа солнечных элементов, созданных ими, составляет 14,3%, а срок годности - более 10 лет. Малайский ученый А.К. Ароф и его коллеги обнаружили, что основные параметры носителей заряда в солнечных элементах, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO2, зависят от концентрации соли органического полупроводникового электролита (университет «Malaya»). А также ученые Бандара, Диссанаяке и Фурлани из Швеции измеряли проводимость электролитов (Чалмерский технологический университет). Японскими учеными выявлены физико-химические процессы в солнечных элементах, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO2 с полупроводниковыми свойствами. Российские ученые Никитин, Рыженков и Патрушевы изучены электрофизические параметры солнечных элементов, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO2, а также ведутся исследования оптических свойств солнечных элементов нового типа ученым из Казахстана Ибраевым.

В научных школах известных академиков Узбекистана: М.С. Саидова, Р.А. Муминова, М.К. Бахадирханова и С.З.Зайнобиддинова и профессорами: М. Турсунова, Р. Алиева и Р. Икрамова выполнены много исследований по повышению эффективности СЭ на основе кристаллических, поликристаллических и аморфных полупроводников.

Создание и исследование новых, оптимальных структурных систем солнечных элементов, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO2; исследование температурной зависимости электрофизических параметров носителей заряда в электролите солнечных элементов, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO₂; исследование электрофизических и фотоэлектрических характеристик солнечных элементов с высокочувствительными красителями, основанных на электролитах, и изучение их связи с концентрацией соли; определение оптимального режима работы солнечных элементов, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO 2 .

Теперь нужно разработать технологии производства солнечных элементов, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO2 с полупроводниковыми свойствами, определение их электрофизических, фотоэлектрических и фотовольтаических характеристик и температурной зависимости электрофизических параметров носителей заряда в электролите.

Вывод

Исследования заключается в следующем: впервые разработана технология производства солнечных элементов нового типа, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO2 с полупроводниковыми свойствами, содержащих соль TPAI и I2 (йод). определены фотогальванические характеристики - коэффициент заполнения (f) фото вольт-амперной характеристики, эффективные значения напряжения (Umax), плотность тока (Imax), мощности (Pmax) и КПД (п) солнечных элементов, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO2. выявлено, что максимальное значение КПД солнечных элементов на основе жидкого электролита составляло 6,67%, а для солнечных элементов на основе гель полимерного электролита - 5,5%; впервые для использования в климатических условиях Узбекистана солнечных элементов, состоящих из многослойных структур с красителем на основе TiO2, выявлено стабильная работа СЭ в интервале температуры -30 ^ 100° С; впервые установлено, что с увеличением содержания соли TPAI в солнечных элементах с высокочувствительными красителями увеличиваются концентрация свободных ионов в электролите, коэффициент диффузии и ионная проницаемость, что приводит к почти двукратному увеличению эффективности солнечного элемента, с 3,29 до 6,74.