Поскольку мир стремится постепенно отказаться от ископаемого топлива в пользу более чистых возобновляемых источников энергии, все больше усилий прилагается к совершенствованию существующих возобновляемых технологий и созданию устройств, которые могут по-новому использовать возобновляемые источники энергии. Солнечный свет, захваченный солнечными батареями, в настоящее время является одним из наиболее часто используемых возобновляемых источников энергии. Однако существует также ряд других способов использования солнечного света для производства энергии.
Учитывая количество солнечного света, падающего на Землю каждый день, у устройств по сбору солнечной энергии есть отличный потенциал, чтобы стать одним из лидеров более чистого и зеленого общества и укрепить свои существующие позиции в качестве одной из ведущих технологий возобновляемых источников энергии. Дизайнеры тестируют и используют 2D-материалы в ряде этих систем сбора солнечной энергии, от широко распространенного использования графена в солнечных элементах до использования различных 2D-материалов в фотокаталитических и фототермических подходах к сбору.
Фотовольтаика (солнечные элементы)
Из всех существующих методологий и технологий сбора солнечной энергии солнечные батареи являются наиболее коммерциализированным, наиболее популярным и наиболее эффективным выбором. Существует несколько объемных солнечных элементов, состоящих из материалов кремния и перовскита. Кроме того, разрабатывается ряд подходов, в которых 2D-материалы (и другие наноматериалы) используются либо для улучшения характеристик объемных кремниевых солнечных элементов, либо для создания более тонких и/или более гибких солнечных элементов. В последнем уже имеется ряд гибких органических солнечных элементов; однако активные материалы, как правило, имеют гораздо более низкую производительность, чем неорганические материалы, поэтому 2D-материалы предлагают способ создания более тонких солнечных элементов со значительно улучшенными характеристиками.
Существует множество устройств, в которых легированный графен использовался в качестве фотоактивного материала в полупроводниковом фотогальваническом переходе в солнечных элементах, иногда сам по себе, а иногда в сочетании с кремнием в более объемных солнечных элементах. Помимо этого, графен и его производные рекламируются как альтернатива транспортному слою дырок вместо дорогих благородных металлов, таких как серебро и золото, в попытке снизить стоимость крупномасштабных солнечных элементов. Графен также используется в сочетании с кремнием в ряде других гибридных устройств, в том числе при создании более тонких, гибких и полупрозрачных солнечных элементов.
В то время как графен вызывает наибольший интерес, графен и дихалькогениды переходных металлов (TMDC) интегрируются в различные солнечные элементы — из-за их стабильности и устойчивости к нескольким потенциально разрушающим воздействиям — для улучшения их долгосрочной стабильности и обеспечения их оптимальной работы в течение длительного времени. Эти двумерные материалы интегрируются в широкий спектр объемных солнечных элементов на коммерческом уровне, в том числе в кремниевые и перовскитные солнечные элементы, а также в тандемные солнечные элементы.
В последние годы интерес к гибким солнечным элементам значительно вырос, и, хотя графен был первым 2D-материалом, испытанным для солнечных элементов, с тех пор область его применения расширилась и продолжает расширяться. В последние годы TMDC использовались вместе с графеном для создания эффективных, гибких солнечных элементов, а материалы из перовскита в настоящее время превращаются в двумерные листы, чтобы попытаться повторить успех более объемных перовскитных солнечных элементов, но в форме гораздо меньшего и гибкого. солнечная батарея. 2D-перовскитные солнечные элементы еще не смогли достичь высот своих более объемных аналогов, но это гораздо более новое дополнение к семейству 2D-элементов, поэтому у них еще достаточно времени, чтобы сыграть свою роль в 2D-солнечных элементах с усиленным материалом. .