• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Взять от солнца максимум

Взять от солнца максимум

© iStock

Профессор МИЭМ ВШЭ Алексей Тамеев с коллегами предложил метод расчета оптимальной толщины фотоактивного слоя, при которой солнечный элемент может показывать максимальную эффективность преобразования энергии. Метод, применимый как к полимерным, так и перовскитным солнечным элементам, может стать важным шагом на пути от лабораторных образцов к производству солнечных батарей из материалов нового поколения. Результаты исследования представлены в статье A common optical approach to thickness optimization in polymer and perovskite solar cells в Scientific Reports.

С каждым годом доля «зеленой», возобновляемой энергетики в мире только растет. При этом солнечная энергетика — это самый быстрорастущий сегмент альтернативной энергетики. По прогнозам Мирового энергетического агентства (МЭА), к 2040 году доля солнечной энергии в мировой электрогенерации увеличится до 24%. На фоне бурного развития отрасли вопрос себестоимости энергии стоит особенно остро. И за последнее время в этом отношении удалось достичь впечатляющих результатов за счет развития технологий и государственной поддержки.

По данным доклада МЭА, опубликованного осенью 2020 года, стоимость энергии, получаемой от солнечных электростанций, достигла исторического минимума. В Европе и США расценки варьируют от $35 до $55 за МВт·ч, а в Китае и Индии — $20-40 за МВт·ч. Для сравнения, стоимость угля, согласно тому же отчету, колеблется от $55 до $150 за МВт·ч. В докладе говорится, что четыре года назад, по данным Всемирного экономического форума, средняя стоимость солнечной энергии в мире составляла $100 за МВт·ч, а десять лет назад — $300.

«Тем не менее на этом пути нельзя останавливаться, — считает  профессор департамента электронной инженерии НИУ ВШЭ, ведущий научный сотрудник учебно-исследовательской лаборатории функциональной безопасности космических аппаратов и систем Алексей Тамеев. — В исследовании мы сфокусировались на моделировании оптических свойств полимерных и перовскитных солнечных элементов в зависимости от толщины их функциональных слоев. Такие солнечные элементы нового поколения весьма перспективны, так как для их производства подходят более простые и дешевые технологии, чем для привычных кремниевых».

Солнечным панелям из кремния требуется около двух лет, чтобы вернуть энергию, потраченную на добычу и очистку минерала, производство и установку батарей, а подобным панелям из перовскита — всего несколько месяцев. При этом значения КПД лабораторных образцов перовскитных элементов практически догнали кремниевые. Однако масштабирование полимерных и перовскитных элементов требует предварительной оптимизации параметров их функциональных слоев, чтобы минимизировать затраты времени и материалов при разработке технологии производства.

Оптимизация параметров фотоактивного слоя была выполнена в лаборатории по результатам измерений вольт-амперной характеристики солнечных элементов и моделирования эффективного показателя преломления с использованием матрицы переноса в рамках модели Максвелла — Гарнетта. Моделирование показало, что расчеты коэффициента поглощения и темпа генерации экситонов в фотоактивном слое достаточны для определения интервала значений толщины функционального слоя, при котором достигается максимальный КПД устройства. Получено полное соответствие экспериментальных и модельных данных для солнечных элементов разного строения — полимерного и перовскитного.

Важно, что предложенный подход относительно прост и не требует больших затрат времени для определения оптимальных параметров солнечных элементов при разработке экспериментальных образцов фотопреобразователей с повышенным КПД.

Вам также может быть интересно:

Исследователи изучили публикационную активность на постсоветском пространстве

Российские ученые публикуют три четверти научных работ на постсоветском пространстве. Но в целом на страны бывшего СССР приходится около 3% от общемирового числа научных статей. При этом за последние 30 лет выросла роль университетов: сотрудники вузов участвуют в подготовке более половины публикуемых научных статей последних лет. Об этом говорится в исследовании публикационной активности ученых стран бывшего СССР.

Ученые описали возможную причину зеленого свечения в небе

Группа российских ученых из НИУ ВШЭ, ИКИ РАН, ИЗМИРАН описала развитие в пылевой плазме ионосферы модуляционной неустойчивости электромагнитных волн, которая возникает при больших интенсивностях электромагнитного излучения. Исследователи учли неупругие столкновения частиц плазмы ионосферы, а также сформулировали новые задачи и приложения, которые необходимо рассмотреть в будущем. Результаты исследования  опубликованы  в журнале Physics of Plasmas.

Центр языка и мозга НИУ ВШЭ стал мировым лидером за 10 лет

Как менее чем за одно десятилетие развить маленькую исследовательскую группу в крупный научный центр, известный в России и за рубежом? Статья об истории Центра языка и мозга НИУ ВШЭ, удачах и сложностях в первые годы его развития опубликована в специальном выпуске журнала Frontiers in Psychology, посвященном трансляции нейронаучного знания в общество.

Ученые научились добывать «идеальные» 3D-клеточные культуры для исследования рака

Группа ученых из Венгрии, России и Финляндии разработала систему SpheroidPicker, которая умеет выделять раковые клетки определенной формы и размера (сфероиды). Этот первый в своем роде прибор, работающий на основе искусственного интеллекта, позволит стандартизировать работу с образцами опухолей. Результаты исследования опубликованы в журнале  Scientific Reports. В работе над проектом принимал участие младший научный сотрудник Научно-учебной лаборатории искусственного интеллекта для вычислительной биологии НИУ ВШЭ Никита Мошков.

ВШЭ приглашает ведущих исследователей принять участие в конкурсе экспериментальных лабораторий

Высшая школа экономики объявляет открытый конкурс проектов на создание экспериментальных научно-исследовательских лабораторий по естественно-научным направлениям. В конкурсе смогут принять участие проекты по исследованиям в областях биофотоники и старения (биология, физиология, биомедицина, биостатистика, биоинформатика).

Ученые впервые сравнили порождение и понимание речи у русскоязычных детей с аутизмом

Исследователи из  Центра языка и мозга  НИУ ВШЭ совместно с российскими и американскими коллегами впервые сравнили между собой порождение и понимание речи на разных лингвистических уровнях у одной и той же группы детей с аутизмом. Это позволило им опровергнуть гипотезу о том, что дети с аутизмом понимают речь хуже, чем говорят. Исследование опубликовано в журнале  Research in Developmental Disabilities

Ученые НИУ ВШЭ: только госслужащие-женщины смогут побороть коррупцию в России

Чиновницы в два раза чаще считают взятки проблемой. Реже рискуют своей должностью и участвуют в махинациях. Таковы результаты исследования, проведенного учеными из НИУ ВШЭ и опубликованного в Journal of Economic Behavior and Organization.

Российские ученые выявили особенности иммунного ответа к штаммам SARS-CoV-2

Исследователи ВШЭ оценили эффективность T-клеточного иммунного ответа против 11 штаммов SARS-CoV-2 и создали портал, который позволяет отслеживать влияние мутаций коронавируса на способность главного комплекса гистосовместимости человека (HLA) взаимодействовать с пептидами вируса. Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

Ученые предложили новое объяснение процессов, лежащих в основе рабочей памяти

Сотрудники Центра нейроэкономики и когнитивных исследований ВШЭ построили численную модель рабочей памяти и показали стабилизирующую роль гамма-ритма, а также важность быстрого взаимодействия между компонентами модели. Полученные результаты могут стать частью теоретического базиса для экспериментов по улучшению функций рабочей памяти при помощи неинвазивной стимуляции мозга. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Neural Circuits.

Готовность наказывать эгоистов объяснили силой функциональных связей мозга

Чем сильнее сила функциональных связей мозга, тем меньше человек склонен наказывать других за несправедливость. Такой вывод сделали ученые из НИУ ВШЭ, проведя нейроимиджинговый эксперимент. Статья 'Wired to punish? Electroencephalographic study of the resting-state neuronal oscillations underlying third-party punishment' опубликована в журнале Neuroscience.