Розроблений новий тип сонячних батарей

40% всієї сонячної енергії, що доходить до земної поверхні, складається з ближнього ІЧ-випромінювання. Причому в хмарні дні цей відсоток ще вищий, бо ІЧ-випромінювання майже не затримується хмарами. Маленька проблема лише в тому, що наші сонячні батареї взагалі не здатні працювати з інфрачервоним діапазоном. Зате він нагріває їх впускає ККД іноді вдвічі — до прикладу, в сонячний полудень, коли потік видимого світла особливо великий і фотоелементи теоретично могли б виробляти більше енергії.

Принципово нові фотоелементи, розроблені в Массачусетському технологічному інституті (США) та цілком складаються з вуглецю, здатні радикально змінити ситуацію: вони поглинають енергію інфрачервоного випромінювання і перетворюють її в електричну. При цьому їм не загрожує перегрів.

Зображення, отримане за допомогою атомно-силового мікроскопа: шар вуглецевих нанотрубок (окремі помітні оком) на складальної кремнієвій підкладці, з якої потім знімають готовий фотоелемент (фото Rishabh Jain et al.).

Новий фотоелемент складається з вуглецевих нанотрубок та фулерену С60. Це не перша спроба побудувати сонячні батареї навколо вуглецевих нанотрубок, але всі попередні укладали нанотрубки на полімерну підкладку, яка повинна була затримувати їх на місці і збирати електрони. Проблема в тому, що на повітрі під сонячним світлом такі полімерні підкладки були не надто стабільні: фотохімічні реакції розкладали придатні для використання в підкладці полімери. Можна захистити їх спеціальними покриттями, але вони будуть затримувати частину сонячного світла і підвищать фотоелементи в цілому.

Поки ефективність нових фотоелементів низька: як відзначають автори розробки, після виробництва вуглецевих шарів вони прийшли до висновку, що вуглецеві нанотрубки в них повинні бути одношаровими і одного типу. Тим не менш досвідчені зразки фотоелемента (з експериментальних міркувань) отримували різні види нанотрубок, так що підсумковий ККД поки не перевищує 0,1%. Дослідники, втім, запевняють, що він легко може бути збільшено, і різко.

Отримані фотоелементи дуже легкі і тонкі (лічені нанометры); теоретично на цій же основі можна створити багатошарові сонячні батареї, які будуть поглинати ближнього ІЧ-випромінювання багатоступінчаста, добиваючись ще більшого ККД.

Фулерен С60 та вуглецеві нанотрубки, єдині компоненти нового фотоелемента (ілюстрація Вікіпедії).

Важливо і те, що фотоелементи повністю прозорі для видимого світла, а тому можуть використовуватися як верхній елемент звичайних сонячних батарей, які вони будуть захищати від перегріву, зупиняючи ІЧ-випромінювання.

Звіт про дослідження з’явився на цьому тижні в журналі Advanced Materials.

Підготовлено за матеріалами MIT News.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *