3D-графен делает платину ненужной

Новая технология производства графена особой формы позволяет наладить массовый выпуск очень дешевых солнечных панелей.

Ученые из Мичиганского технологического университета устранили главный недостаток одного из наиболее перспективных типов солнечных панелей, так называемых сенсибилизированных красителем солнечных панелей (DSSC).

DSSC – это тонкие, гибкие, простые и дешевые в производстве солнечные панели. Они могли бы стать по-настоящему массовыми, например покрывать сотни тысяч зданий по всему миру, а также крыши миллионов автомобилей и железнодорожных вагонов. Однако ключевым элементом пригодных для эффективного применения DSSC является один из наиболее дорогих металлов на планете - платина. Разумеется, для производства солнечной ячейки нужно крохотное количество платины, но при цене платины $1500 за унцию, стоимость солнечных панелей все равно выходит слишком высокой.

Американским ученым удалось разработать новый, недорогой материал, который может заменить платину в солнечных DSSC-элементах, причем без снижения их эффективности. Новый материал, названный 3D-графен, обеспечивает эффективность преобразования солнечного света в электроэнергию на уровне 7,8%, то есть почти такую же, как и обычные DSSC-ячейки на основе платины (8%). Данного КПД достаточно для коммерческого успеха дешевых DSSC-панелей, которые состоят всего из нескольких частей: двух электродов и электролита, «подкрашенного» особым красителем (обычно это йод).

Изображение 3D-графена, сделанное с помощью электронного микроскопа, видна сотовая структура нового материала, который может заменить платину в очень перспективном виде солнечных панелей

Обычный графен представляет собой двумерную форму углерода, но ученые изобрели новый способ синтеза уникальной «3D-версии» графена, имеющей сотовую структуру. Для этого исследователи объединили оксид лития с окисью углерода в химической реакции, которая образует карбонат лития (Li2CO3) и сотовый 3D-графен. Li2CO3 помогает формировать графеновые листы и изолирует их друг от друга, препятствуя образованию обычного графита. Кроме того, частицы Li2CO3 можно легко удалить из сот 3D-графена.

Эксперименты показали, что соты 3D-графена имеют превосходную проводимость и высокую каталитическую активность, благодаря чему их можно использовать для хранения и преобразования энергии. В результате ученым удалось заменить платиновый электрод на изготовленный из 3D-графена, то есть убрать самую дорогостоящую часть DSSC-ячейки, но при этом сохранить ее эффективность.

По словам разработчиков, синтез 3D-графена является простым и дешевым процессом, а значит можно начать массовое производство солнечных панелей сенсибилизированных красителем. Теоретическая максимальная эффективность таких панелей составляет 30%, что на 4% больше, чем у «традиционных» кремниевых. Так что ученым пока есть над чем работать, хотя и текущие 7,8% для дешевой панели являются очень неплохим показателем.