Разработка метода повышения эффективности работы электрохимических солнечных ячеек на основе диоксида титана за счет внедрения в конструкцию металлических наночастиц с плазмонным резонансом

Представлена математическая модель сенсибилизированного красителем солнечного элемента на основе уравнения диффузии. Изучены основные принципы работы фотовольтаических ячеек на основе нанокристаллического диоксида титана. На основе уравнения диффузии с рекомбинационным слагаемым проведено вычисление основных характеристик ячеек Гретцеля. Выполнено моделирование влияния наночастиц серебра на поглощающую способность молекул органического красителя. Для математического описания влияния наночастиц металла на поглощающую способность молекул органического красителя использована модель, разработанная профессором Кучеренко М.Г. Показано, что одним из механизмов влияния плазмонных наночастиц серебра на параметры работы фотоячеек является плазмонное усиление поглощательной способности молекул красителя. Рассчитаны усиленные спектры поглощения системы краситель - наночастица, которые использовали в дальнейших расчетах параметров работы солнечных ячеек. В результате моделирования показано влияние наночастиц серебра и золота на стационарный режим работы. Расчеты дают прирост КПД до 20% в случае использования наночастиц золота и увеличение в 2 раза - для наночастиц серебра. Проведено моделирование влияния плазмонных наночастиц на нестационарный режим работы ячеек Гретцеля при импульсном световом воздействии. Результаты показали качественное сходство с результатами эксперимента. Для более детального описания рассматриваемых процессов необходимо учитывать в модели захват фотоэлектронов в ловушки, что должно сильно сказываться на кинетических характеристиках исследуемых сигналов отклика фототока. Проведено сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными. Показано хорошее качественное и количественное согласование результатов.