Экологическая чистота энергетических технологий является чрезвычайно важным вопросом, что обусловливает повышенное внимание к восстановительным источникам энергии, в частности солнечной. Энергия солнца в современном мире используется для разных целей, одна из них - это выработка электрической энергии. Использование солнечного электричества имеет много преимуществ. Это чистый, тихий и надежный источник энергии, что открывает солнечной энергетике огромный потенциал и широкие перспективы, на сегодня лишь менее одного процента произведенной в мире электроэнергии имеет «солнечное» происхождение. При использовании солнечных батарей энергия солнца напрямую преобразуется в электрическую (фотоэлектрический эффект).
Впервые фотоэлектрические батареи были использованы в космосе на спутниках. Сегодня солнечные батареи широко используются в удаленных районах, где нет централизованного электроснабжения, для электроснабжения отдельных домов, для подъема воды и охлаждения лекарств. Эти системы зачастую используют аккумуляторные батареи для хранения выработанной днем электроэнергии. Кроме того, калькуляторы, телекоммуникационные системы, буи и т.д. работают от солнечного электричества. Другая область применения - это электроснабжение домов, офисов и других зданий или генерация электричества для сетей централизованного электроснабжения.
Сотрудники лаборатории Центра Материаловедения и Университета Дрекселя разработали новую технологию производства тонкопленочных солнечных элементов с применением
ТіО2, на базе которых можно делать существенно более емкие и дешевые солнечные батареи для использования на массовом рынке.
Принцип такой батареи впервые был предложен в 1991 году профессором Федеральной политехнической школы Лозанны М. Гретцелем (Michael Graetzel), по имени которого они и получили название ячеек Гретцеля. Батареи такого типа имеют достаточно простую структуру, они состоят из двух электродов, электролита и органического красителя в качестве фотосенсибилизатора. Один из электродов состоит из нанопористого насыщенного красителем полупроводника -
диоксида титана (
TiO2), нанесённого на прозрачную электропроводящую подложку. Другим электродом является прозрачная электропроводящая подложка, либо тонкий прозрачный слой платины. На сегодня применяются такие полупроводники как TiO2, ZnO, SnO2, Nb2O5. Оксидная пленка нанокристаллического состава покрывается слоем органического красителя, что расширяет область поглощения (от УФ до ИК лучей) и позволяет захватить до 70-90% фотонов солнечного излучения. Способность диоксида титана поглощать ультрафиолет, выбрасывая электроны, лежит в основе таких интересных вещей, как лампочка против запахов, самоочищающаяся одежда, самомоющиеся окна и самоочищающийся бетон.
TiO2 – диоксид титана (двуокись титана) – Titanium dioxide – один из важнейших неорганических соединений, потребляемых современной промышленностью, его уникальные свойства определяют уровень технического прогресса в различных секторах мировой экономики. Преимуществами применения диоксида титана для изготовления солнечных батарей, по сравнению с другими материалами, является химическая стойкость, нетоксичность, биосовместимость и невысокая стоимость. Его особенностью является значительная фотоактивность, а также ярко выраженная зависимость электрических свойств от морфологии поверхности и типа кристаллического состава. В природе диоксид титана кристаллизуется в трех формах: анатаз, рутил и брукит, которые являются широкозонными полупроводниками. Благодаря сочетанию электрических и оптических свойств, для изготовления фотоэлектрических солнечных батарей наибольший интерес представляет именно анатаз.
Опытные образцы солнечных батарей, изготовленные с применением наноматериалов и технологий в Центре материаловедения и Университе Дрекселя, разрабатывались из исходного сырья и материалов собственного производства.
Поскольку сенсибилизированные красителями солнечные элементы, как перспективный альтернативный источник электроэнергии, являются экономически выгодным способом преобразования энергии солнца и потенциальной заменой классических солнечных батарей, совместные работы сотрудников Центра материаловедения и Университета Дрекселя над получением и применением новых материалов, исследованием их свойств, а также повышением эффективности цветосенсибилизированных фотоэлементов успешно продолжаются.
Исследование физико-химических свойств нанопорошка диоксида титана, разработка технологии производства и применение синтезированного ТіО2.
Опытные образцы солнечных батарей, изготовленные с применением нанопорошка диоксида титана TiO2
