Солнечные батареи становятся с каждым днем все более и более доступными для потребителей. Вместе с тем, этот вид альтернативной элетроэнергии еще требует усовершенствования, чтобы работать эффективно. Ученые сделали важный шаг для увеличения доли электричества, преобразованной от солнечного света.
Солнечные батареи становятся лучше и дешевле с каждым годом. Однако, с одной стороны, они все еще остаются довольно примитивными. Они перерабатывают только свет, который приходится на видимую часть спектра. Тем не менее, 40% солнечной энергии, которая достигает Земли, является инфракрасным излучением или очень близким к нему.
Ячейка, которая смогла бы собрать такое излучение, была бы благом для развития бизнеса солнечной энергии, но создание такой ячейки оказывается трудным делом.
Теперь, как сообщают в Advanced Materials, группа исследователей под руководством Майкла Страно из Массачусетского технологического института выяснила, как это сделать.
Когда кремний в стандартной солнечной ячейке улавливает солнечный свет, он освобождает электроны, генерирующие производство электроэнергии.Другие природные элементы реагируют таким же образом на свет других частот. Уже на протяжении нескольких лет исследователям известен факт, что углеродные нанотрубки, крошечные цилиндры из чистого углерода, высвобождают электроны при стимуляции инфракрасными лучами.
Это открытие привело к многочисленным экспериментам, однако они не дали большого прогресса. Главная проблема заключается в процессе производства этих трубок.
На самом деле производят два различных варианта труб: одни имеют свойства металла, другие — полупроводниковые. Солнечные батареи требуют полупроводниковых. Металлические портят процесс, и их нужно заменять, чтобы ячейка могла работать.
До сих пор исследователи, которые этим занимались, были вынуждены играть в утомительные игры «переборки спичек»: выбирать полупроводниковые нанотрубки по одной, а затем прикреплять их на место с помощью клея. Изготавливать элементы солнечных батарей таким образом возможно, однако, это дорого и отнимает много времени. Хуже того, химическая нестабильность такого клея означает, что такие ячейки, как правило, быстро разрушаются.
Однако доктор Страно воспользовался новым производственным процессом и использует полимерный гель, имеющий сродство к полупроводниковым нанотрубкам, и нет — к металлическим. Таким образом, он смог получить большое количество полупроводниковых трубок из этой полимерной смеси.
Сделав это, он складывал их слоем 100-нанометровой толщины на куске стекла, на котором они держатся без клея, только благодаря своей массе. Все это затем покрывается слоем бакминстерфуллерена, который является разновидностью углерода, в котором атомы организованы в виде сфер. Это способствует выведению электроэнергии, вырабатываемой нанотрубками.
В результате получилось не совсем эффективно. В электричество превращается лишь около 0,1% от инфракрасного света, попадающего на такую батарею. Но доктор Страно и его коллеги радовались и таким результатам.
В конце концов, 0,1% является большим шагом вперед по сравнению с вообще ничем, а большинство нынешних солнечных технологий начиналось с аналогично плохого процента эффективности, которую улучшали постепенно с течением времени.
Кроме того, новая технология имеет одно большое преимущество. Несмотря на то, что углеродные нанотрубки поглощают инфракрасные лучи, они почти полностью прозрачны для лучей видимого света.
Это означает, что, если когда-нибудь их будут коммерчески использовать, их можно будет устанавливать поверх традиционных кремниевых ячеек: такое устройство будет преобразовывать гораздо большую долю солнечного света в электричество. Вот это уже действительно было бы благом.
