Солнечная революция и углеродные нанотрубки

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.