Несмотря на то, что солнечное излучение является неограниченным источником энергии, в настоящее время доля солнечной электроэнергетики составляет чуть более 1% от общего объема вырабатываемой электроэнергии. Это обусловлено не только низкими показателями КПД солнечных батарей, но также их низкой устойчивостью к факторам внешней среды и невысокой фотостабильностью.
Одним из перспективных путей решения этих проблем является применение, в составе фотоактивного слоя, гибридных материалов на основе графена и квантовых точек. Использование таких материалов позволяет существенно увеличить эффективность сбора солнечной энергии, улучшить процесс генерации и разделения носителей зарядов, а также повысить надежность солнечных батарей.
Авторы патента РФ № 188920 «Устройство для сбора солнечного излучения и генерации носителей заряда для прозрачных солнечных батарей» — к. биол. н. Павел Соколов, к.физ.-мат.н. Дмитрий Довженко, к. хим. н. Павел Самохвалов, и профессор, д. хим. н. Игорь Набиев. Они предложили полезную модель устройства, содержащего двухмерный фотонный кристалл, представляющий собой периодическую структуру, состоящую из массива параллельных наностержней, расположенных в узлах двухмерной решетки, на поверхности которой расположен тонкий слой прозрачного материала с электропроводящими свойствами.
При этом, в пространстве между наностержнями расположен гибридный материал, состоящий из листов производных графена и квантовых точек. Предложенная конструкция обеспечивает увеличение эффективности сбора солнечного света в ближнем ИК-диапазоне длин волн и увеличение эффективности генерации свободных носителей зарядов за счет усиления поглощения гибридного фотоактивного слоя «графен-квантовые точки», а также обеспечивает эффективный сбор носителей зарядов, образовавшихся в квантовых точках, вследствие поглощения солнечного света.
Разработки, положенные в основу патента, были сделаны в рамках выполнения проекта «Гибридные 2D структуры «графен-квантовые точки» с контролируемыми оптическими и фотоэлектрическими свойствами и их применение в фотовольтаике», соглашение № 14.584.21.0032 от 22.11.2017 г., идентификатор RFMEFI58417X0032.