Солнечные элементы обычно плоские, что максимально увеличивает площадь воздействия солнечного света, и лучше всего работают, когда солнечные лучи падают на них под углом 15–40 градусов. Новое исследование утверждает, что создание крошечных куполов на поверхности органических солнечных элементов может повысить их эффективность на 36% и 66%, в зависимости от поляризации света. Свет при этом улавливается под более широким углом — до 82 градусов.
Ранее ученые экспериментировали с другими формами поверхности, в том числе внедряли сферические нанооболочки из кремнезема, которые улавливают солнечный свет, позволяя устройству получать от него больше энергии. Для нового исследования команда из Университета Абдуллы Гюля в Турции провела сложное моделирование того, как куполообразные выступы повышают эффективную солнечную поверхность.
Ученые изучили фотоэлектрические элементы, изготовленные из органического полимера P3HT: ICBA в качестве активного слоя, расположенного над слоем алюминия и подложкой из органического стекла. Все это было покрыто прозрачным защитным слоем из оксида индия и олова (ITO). Эта сэндвич-структура сохранялась через весь купол, или «полусферическую оболочку», как ее называют разработчики.
Исследователи провели 3D-анализ методом конечных элементов (FEA), который разбивает элементы сложной системы на управляемые фрагменты, чтобы их можно было лучше смоделировать и проанализировать.
Солнечные элементы с выпуклостями показали улучшенное поглощение света на 36% и 66% по сравнению с плоскими поверхностями, в зависимости от поляризации света. Выступы также позволяют свету проникать с более широкого диапазона направлений и под большим углом — до 82 градусов.
Команда еще не создала физические версии таких солнечных элементов, пока было выполнено только моделирование. Если принцип сработает, он может быть полезен не только для солнечных батарей на крышах, но и в системах с изменяющимися условиями освещенности, например, в носимой электронике. Улучшенные активные слои в форме полусферической оболочки пригодятся в различных областях — от биомедицинских устройств до теплиц и интернета вещей.
