Физики Исследовательского университета информационных технологий механики и оптики (ИТМО) нашли доступный способ превратить обычные солнечные батареи в прозрачные, сохранив их эффективность.
Сегодня одной из самых сложных и интересных задач в солнечной энергетике является создание тонких прозрачных фотоактивных материалов, способных превращать свет в электричество. Такую пленку можно было бы легко наклеить на обычное оконное стекло и получить дешевую энергию, не испортив весь архитектурный облик здания.
Сложность заключается в том, что самые эффективные солнечные батареи как раз непрозрачные. Ведь, как известно из школьного курса физики, именно темные предметы лучше всего поглощают солнечный свет, что очень важно для выработки электроэнергии. По словам научного сотрудника Университета ИТМО, кандидата технических наук Павла Ворошилова, главный минус прозрачных батарей — солнечный свет не задерживается, что приводит к потерям энергии.
«У обычных солнечных батарей есть непрозрачный металлический задний слой, позволяющий дополнительно захватить больше света в структуре. В прозрачных солнечных элементах используют светопропускающий задний электрод. В этом случае часть фотонов неизбежно теряется на пропускание, поэтому и КПД (коэффициент полезного действия. — Прим. ФАН) у них намного ниже», — утверждает он.
Если КПД обычных солнечных батарей достигает 20%, то у прозрачных он, как правило, в десять, а то и в 20 раз ниже. Например, такая батарея размером с обычный смартфон способна лишь обеспечить энергией микроэлектромотор игрушечной машинки.
Но преимущество прозрачных солнечных батарей в том, что ими можно заменить оконные стекла либо стеклянные панели, которыми сейчас так модно облицовывать современные небоскребы, тем самым увеличив в разы площадь солнечного генератора. А непрозрачные батареи можно устанавливать только на крышах зданий.
Еще один минус прозрачных батарей — их дороговизна. Существующие технологии вакуумного напыления весьма дорогостоящие. По словам Павла Ворошилова, цена только одного прозрачного элемента практически равна стоимости всей обычной, непрозрачной солнечной батареи. Поэтому физики Университета ИТМО поставили перед собой задачу разработать технологию, существенно удешевляющую производство прозрачных солнечных генераторов.
«Нашей целью было не создание самой эффективной прозрачной солнечной батареи, мы, скорее, хотели найти метод, который был бы универсальным для удешевления производства батареи, а во-вторых, мы хотели добиться хорошей прозрачности. В нашей технологии мы не используем металл, какие-то дорогие технологии нанесения электродного слоя», — объясняет ученый.
Подобными разработками сейчас активно занимаются американские и корейские физики. В прошлом году корейский исследователь Джундонг Ким опубликовал статью об устройстве прозрачных солнечных панелей на основе диоксида титана и оксида никеля. Ранее схожую технологию показали ученые университета Мичигана. Эффективность их прозрачных батарей составила всего лишь 1%. Но минус этой технологии — использование дорогостоящих металлов.
Питерские физики предложили использовать более доступную и, самое главное, дешевую технологию. Весь секрет — в ионной жидкости и нанотрубках, говорит разработчик технологии Павел Ворошилов.
«Если мы просто положим наши нанотрубки на основной элемент, то он работать не будет. Для того чтобы он заработал, мы применяем метод ионного легирования. Мы наносим специальную ионную жидкость на поверхность основного элемента и подаем напряжение на электроды. При этом ионная жидкость начинает равномерно распределяться по поверхности, образуя заряженный слой», — пояснил собеседник ФАН.
Благодаря новой технологии ионную жидкость с нанотрубками можно наносить на рабочую поверхность без использования вакуумных установок. Как уверяет эксперт, благодаря новой технологии питерским ученым удалось поднять эффективность прозрачных батарей в несколько раз. Авторы проекта полагают, что таким же образом можно улучшить свойства и других солнечных элементов. Теперь в планах ученых эксперименты с различными материалами, а также совершенствование самой технологии легирования.