Сонячні елементи зазвичай плоскі, що максимально збільшує площу впливу сонячного світла, і найкраще працюють, коли сонячні промені падають на них під кутом 15–40 градусів. Нове дослідження стверджує, що створення крихітних куполів на поверхні органічних сонячних елементів може підвищити їхню ефективність на 36% і 66%, залежно від поляризації світла. Світло при цьому вловлюється під ширшим кутом — до 82 градусів.
Раніше вчені експериментували з іншими формами поверхні, у тому числі впроваджували сферичні нанооболонки з кремнезему, які вловлюють сонячне світло, дозволяючи пристрою отримувати від нього більше енергії. Для нового дослідження команда з Університету Абдулли Гюля у Туреччині провела складне моделювання того, як куполоподібні виступи підвищують ефективну сонячну поверхню.
Вчені вивчили фотоелектричні елементи, виготовлені з органічного полімеру P3HT: ICBA як активний шар, розташований над шаром алюмінію та підкладкою з органічного скла. Все це було вкрите прозорим захисним шаром з оксиду індію та олова (ITO). Ця сендвіч-структура зберігалася через весь купол або «напівсферичну оболонку», як її називають розробники.
Дослідники провели 3D-аналіз методом кінцевих елементів (FEA), який розбиває елементи складної системи на керовані фрагменти, щоб їх можна було краще змоделювати та проаналізувати.
Сонячні елементи з опуклостями показали покращене поглинання світла на 36% та 66% порівняно з плоскими поверхнями, залежно від поляризації світла. Виступи також дозволяють світлу проникати з ширшого діапазону напрямків та під великим кутом — до 82 градусів.
Команда ще не створила фізичні версії таких сонячних елементів, доки було виконано лише моделювання. Якщо принцип спрацює, він може бути корисний не тільки для сонячних батарей на дахах, але і в системах з умовами освітленості, що змінюються, наприклад, в натільній електроніці. Покращені активні шари у формі напівсферичної оболонки стануть у нагоді в різних областях — від біомедичних пристроїв до теплиць та інтернету речей.