Китайские ученые разработали новый способ выращивания наностержней из диоксида титана, при котором можно точно настраивать расстояние между стержнями, не изменяя их размер. Благодаря этому солнечные элементы становятся более эффективными: они лучше поглощают свет и надежнее передают электрический заряд.
Исследованием руководил профессор Минтай Ван из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук. Его команда нашла способ создавать структуры из наностержней TiO₂, где расстояние между ними можно менять по желанию, при этом их высота и диаметр остаются постоянными. Эту технологию ученые успешно применили в солнечных элементах нового поколения.
Наностержни из диоксида титана хорошо справляются с задачей поглощения света и передачи заряда, поэтому они часто применяются в солнечных панелях, фотокатализаторах и датчиках. Но раньше при их производстве было трудно настраивать плотность размещения стержней: изменение одного параметра, такого как диаметр затрагивало другие, что мешало добиться максимальной эффективности.
Затем они обеспечили условия, при которых из этих цепочек сформировались мелкие кристаллы анатаза — одной из форм диоксида титана. После этого они провели термическую обработку, в ходе которой анатаз преобразовался в рутил. Ученые использовали кристаллы рутила как «строительную основу», задавая направление и структуру роста наностержней. Благодаря этому они смогли точно регулировать плотность размещения стержней, не изменяя их размеры.
Созданные таким образом пленки (TiO₂-NA) были использованы в солнечных элементах на основе медь-индий-дисульфида (CuInS₂) и показали отличные результаты — эффективность достигла 10,44%. Чтобы объяснить, почему расстояние между стержнями так важно, китайские исследователи разработали модель, показывающую, как плотность влияет на поглощение света, разделение электрических зарядов и их движение внутри устройства.
Исследование наглядно продемонстрировало, как точное управление микроструктурой материалов позволяет улучшать характеристики солнечных батарей.
