Начало > Эко новости > Гибридные солнечные батареи показывают запредельную эффективность
Гибридные солнечные батареи показывают запредельную эффективность
Если вы ещё не прониклись величием момента ("А где же другая половина?"), поспешим заметить, что, согласно физике солнечных батарей на основе кремния (уточнение задаёт ширину p-n зоны перехода в полупроводнике), существует предельное значение максимальной квантовой эффективности, равное 33,7% (Shockley-Queisser limit). Вы вправе ответить на это, что значение справедливо только для одной p-n зоны, и если слоёв в батарее бесконечно много, то показатель устремится к 86%. Это так, но в реальном мире всё конечно, и обиднее всего то, что на пути прогресса всегда стоит его цена. Оттого производители, которых больше всего интересует ценник на товаре, не увеличивают количество слоёв, а уменьшают. А проблему эффективности приходится решать какими-то иными способами, и в результате рекордные цифры квантовой эффективности не превышают 25%, и это считается безусловной победой и позволяет с оптимизмом смотреть в будущее ревнителям "зелёной" энергии.
Выдающимся учёным, сотрудникам физического факультета Кембриджского университета Нилу Гринхаму и сэру Ричарду Френду не привыкать жить и работать под девизом "Think different". Используя накопленный багаж знаний в оптоэлектронике, наноматериалах и органических проводниках, им удалось разработать новый гибридный тип солнечных батарей.
Традиционные батареи способны абсорбировать только часть солнечного света, а бóльшая часть световой энергии (особенно высокоэнергетичные фотоны синего спектра) теряется в виде тепла. Именно неспособность традиционных солнечных батарей абсорбировать фотоны с любой длиной волны в диапазоне от ближнего УФ до ближнего ИК и есть одна из причин существования предела Шотки - Квизера в 34% от всей доступной нам энергии светила.
Гибридные батареи умеют не только успешно абсорбировать красный свет, используя слои из наночастиц сульфида свинца (PbS), но и получать от фотонов видимого спектра (включая синие) больше энергии, резко увеличивая поток выходного электричества. Обычно солнечная батарея производит один электрон на каждый полезно абсорбированный фотон. Но в гибридных решениях, благодаря использованию пентацена (органический полупроводник, который абсорбирует видимый свет, включая синюю область спектра, а потому сам он очень черный) и особенностям интерфейса между неорганическим материалом PbS и органическим пентаценом, происходит генерация сразу двух электронов на каждый поглощённый фотон высокой энергии (видимый спектр, включая синюю область).
Таким образом, гибридный материал позволяет получать примерно в два раза больше электричества от видимого света, включая синий, и одновременно конвертировать фотоны даже с самой низкой энергией (ИК). Всё вместе это даёт возможность подтянуться к беспрецедентному уровню внутренней квантовой эффективности в 50% от всей доступной солнечной энергии.
Результаты работы во всех подробностях представлены во вчерашнем номере журнала Nature Letters.
И два слова о недостатках предложенного решения, на которые авторы, понятно, пока внимания не обращают. Во-первых (и во-вторых и так далее), это пентацен, то есть яркий представитель полициклических ароматических углеводородов. А раз так, то это очень сильный канцероген, мутаген и тератоген одновременно. Крупнотоннажное производство (можно и из нефти выделять, но там на всех не хватит) включает несколько стадий, на каждой из которых исходные вещества, продукты реакции и побочные продукты - канцерогены, мутагены и тератогены, один круче другого. А понадобится пентацена много. Где и кто это будет производить? И синтез начинать тоже с чего-то надо... Наиболее простой и доступный начинается с производного бензола (тоже канцероген, да ещё и летучий), но самое главное в том, что основной источник бензола - это сырая нефть. Нас пугают: нефть кончится, и тогда солнечная энергетика (наравне с другими альтернативами) будет вашим спасением. Может быть, но только не такая, которая завязана на использование ароматической органики. А значит, независимый от нефти кремний, хоть и выглядит сегодня гадким утёнком в сравнении с органическим/неорганическим гибридом, завтра станет незаменимым именно из-за своей независимости от нефти. Наконец, сам пентацен очень склонен к окислению кислородом воздуха в условиях УФ-облучения (окисление синглетным кислородом сопряжённых систем). А где, как не в солнечной батарее, встретятся вместе пентацен, кислород и УФ солнечного света! Значит, долговечность гибридной батареи на основе пентацена вызывает очень большие сомнения, как ее ни защищай...